Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 54477-2011 "Грунты. Методы лабораторного определения характеристик деформируемости грунтов в дорожном строительстве" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2011 г. N 476-ст)

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 54477-2011
"Грунты. Методы лабораторного определения характеристик деформируемости грунтов в дорожном строительстве"
(утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2011 г. N 476-ст)

Soils. Methods for laboratory determination of soil deformation characteristics in road construction

Дата введения - 1 мая 2012 г.

Введен впервые

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Введение

В настоящее время методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости грунтов регламентируются ГОСТ 12248, предназначенным для исследований для инженерного строительства грунтов класса II (природных немерзлых) и класса III (природных мерзлых); групп "связные" и "несвязные" типов "минеральные", "органо-минеральные", "органические", а также всех их видов (см. ГОСТ 25100). Дополнительные положения методики оценки сжимаемости (если это необходимо) приведена:

- для разновидностей глинистых грунтов (класса II) - по деформации набухаемости, деформации просадочности;

- для разновидностей песков (класса II) - по коэффициенту пористости;

- для перечисленных выше грунтов - по степени засоления.

Анализ теоретических основ компрессионного и консолидационного процесса, на которых базируется методика компрессионно-консолидационных испытаний, приведенная в ГОСТ 12248, а также анализ практического опыта использования методики показали, что для такого вида инженерного строительства, как дорожное, требуется его пересмотр. Необходимые изменения, особенно в части определения показателей сжимаемости грунтов, предопределяются многими причинами, основными из которых являются:

- линейность строительных работ, большая протяженность сооружения;

- необходимость в большом объеме использовать местные грунты, которые, как правило, относятся к "слабым" (согласно дорожной классификации грунтов);

- многообразие природных условий в районах проложения трассы автомобильных дорог, обуславливающих специфику поведения грунтов;

- напряженно-деформированное состояние грунтов в основании линейного сооружения, нагрузки от которого меньше, чем от других сооружений (промышленных и гражданских);

- допуски при проектировании больших по величине и интенсивности деформаций осадки по сравнению с другими сооружениями;

- необходимость более детального анализа условий работы грунта в системе "сооружение - грунт", в частности условий его (грунта) нагружения и оттока поровой воды;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей осадки связных грунтов в основании и в насыпи с учетом их исходного состояния, структуры и условий работы в зоне действия сооружения или выше лежащих слоев.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения характеристик сжимаемости немерзлых связных грунтов в условиях компрессионного сжатия для проектирования автомобильных дорог и их реконструкции в сложных инженерно-геологических условиях.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 8.563-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений

ГОСТ Р 8.568-99 Государственная система обеспечения единства измерений. Термометры сопротивления платиновые "эталонные" 1-го и 2-го разрядов. Методика проверки

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 10650-72 Торф. Метод определения степени разложения

ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

3.1 В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 30416 и ГОСТ 12248, а также следующие термины и их определения:

3.1.1 слабые грунты: По [1], [2].

3.1.2 глинистые грунты повышенной влажности: По [2].

3.1.3 естественная структура грунта: Строение грунта в условиях его природного залегания.

3.1.4 ненарушенная структура грунта: Структура грунта в образце, отобранном из массива и сохранившем природную структуру.

3.1.5 нарушенная структура грунта: Структура грунта в образце, подвергшемся различным воздействиям или сформованном при заданной плотности-влажности.

3.1.6 искусственная (техногенная) структура: Структура грунта, полученная в процессе технологических операций при возведении грунтового сооружения.

3.1.7 паста: Грунт, полученный после его высушивания, размельчения и добавления воды до влажности на границе текучести.

3.1.8 двухфазное состояние грунта (водонасыщенное): Состояние грунта при коэффициенте водонасыщения и практическом отсутствии газообразной фазы.

3.1.9 трехфазное состояние грунта: Состояние грунта при коэффициенте водонасыщения < 0,95 и содержащем газообразную фазу в количественном отношении более 5% объема пор.

3.1.10 сжимаемость: Изменение объема грунта под влиянием сжатия от действующей внешней нагрузки в условиях невозможности бокового расширения, которое характеризует его компрессионные свойства.

3.1.11 консолидация: Затухающее во времени деформирование нескальных грунтов под воздействием внешней нагрузки.

3.1.12 компрессионные параметры: Показатели, зависящие от физико-механических свойств грунтов и уплотняющей нагрузки и характеризующие зависимость стабилизированной осадки от нагрузки. Определяются по компрессионной кривой, построенной по результатам испытаний на компрессию.

3.1.13 структурная прочность грунта на сжатие: Комплексная характеристика поведения грунта, эквивалентная пороговой нагрузке, только после превышения которой начинается интенсивное сжатие грунта (при , где - относительная деформация).

3.1.14 модуль деформации грунта: Обобщенная характеристика деформируемости грунта, представляющая собой коэффициент пропорциональности линейной связи между приращениями давления на образец и его деформацией.

3.1.15 модуль осадки: Относительная деформация грунта, выраженная в промилях, определяемая по компрессионной кривой для заданной нагрузки.

3.1.16 консолидационные параметры: Показатели, зависящие от физико-механических свойств грунтов и времени воздействия постоянной нагрузки, характеризующие зависимость нестабилизированной осадки от времени. Определяют по консолидационной кривой, построенной по результатам испытаний на консолидацию.

3.1.17 консолидационный параметр первого этапа консолидации (дофильтрационной консолидации): Угловой коэффициент первого прямолинейного участка консолидационной зависимости вида .

3.1.18 консолидационный параметр второго этапа (первичной фильтрационной консолидации): Коэффициент консолидации (или обобщенные консолидационные параметры, показатель степени консолидации).

3.1.19 консолидационный параметр третьего этапа (вторичной фильтрационной консолидации): Показатель степени консолидации.

3.1.20 консолидационный параметр четвертого этапа (консолидации объемной ползучести): Угловой коэффициент четвертого прямолинейного участка кривой вида .

3.1.21 схема испытаний: Схема, назначенная при проектировании из условий работы грунта в системе "сооружение - грунт" и указанная в задании на испытание.

Основные схемы испытаний:

- по режиму нагружения образца;

- по условию отжатия поровой воды из образца.

3.1.22 режим нагружения образца: Время передачи ступени нагрузки на образец и время ее выдерживания.

3.1.23 условие отжатия поровой воды из образца: Создание условий для возможности отжатия поровой воды (открытая схема) и условий, при которых отжатие поровой воды исключается (закрытая схема).

4 Общие положения

4.1 Методики компрессионных и консолидационных испытаний, представленные в настоящем стандарте, распространяются на грунты класса II, на группы - связные грунты, на типы - минеральные и биогенные (органические и органо-минеральные), а также на все их виды по ГОСТ 25100.

4.2 Настоящий стандарт устанавливает следующие методы лабораторного определения характеристик деформируемости грунтов:

- компрессионное сжатие (с заданным режимом нагружения);

- компрессионно-консолидационные испытания (по различным схемам);

- консолидационные испытания.

4.3 Представленные в настоящем стандарте методики компрессионных и консолидационных испытаний предусматривают определение показателей сжимаемости без бокового расширения при отводе поровой жидкости в вертикальном направлении вверх и вниз или только вверх либо без отвода воды. Полученные параметры следует учитывать при проектировании конструкции насыпи (в случаях использования слабых грунтов в основании насыпи и глинистых грунтов повышенной влажности в насыпи) в расчетах значений конечной осадки грунта и времени достижения требуемой степени консолидации (или интенсивности осадки) под расчетной нагрузкой при моделировании в опыте условий реального сжатия грунта.

4.4 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию, приборам, лабораторным помещениям - по ГОСТ 30416.

4.5 Для испытуемых грунтов должны быть определены физические характеристики и рассчитаны следующие показатели: плотность сухого грунта, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения (а также другие характеристики в соответствии с техническим заданием на испытания).

Такие характеристики грунтов, как относительная просадочность и относительное набухание и др., следует определять по ГОСТ 12248.

4.6 Кроме требований к лабораторным испытаниям грунтов по ГОСТ 30416, к методике определения деформационных свойств грунтов по 4.1 предъявляются следующие требования к качеству образцов и методу испытаний:

- состояние образца должно соответствовать состоянию грунта в естественном залегании (основании) или заданному по плотности-влажности (в сооружении);

- граничные и временные условия загружения и деформирования грунта в сооружении или в основании должны моделироваться при испытаниях;

- для учета совместных условий работы грунта и конструкции должны также моделироваться внешние и внутренние факторы. К внешним факторам относят: статические нагрузки на грунт, изменения гидрогеологических условий, режим нагружения, к внутренним факторам - изменения структуры и состояния грунта за счет физико-механических процессов, происходящих при его уплотнении.

4.7 Объем испытаний на компрессию и консолидацию зависит от числа выделенных литологически однородных слоев в толще грунта (или в расчетных слоях грунта в сооружении), условий работы грунта и от стадии проектирования [3], [4]. Кроме того, при назначении объема испытаний для каждого выделенного слоя число испытаний должно назначаться в соответствии с требованиями статистической обработки. Следовательно, число образцов и схема испытаний на компрессию и консолидацию в каждом конкретном случае должны указываться в техническом задании на испытания. Схема испытания должна включать в себя: значения расчетных нагрузок, режим их приложения, условия дренирования (одностороннее, двухстороннее) и отжатия (оттока) поровой воды (открытая или закрытая схема).

4.8 При проведении комплекса испытаний образцов грунта с ненарушенной структурой необходимо, чтобы все испытания проводили на образцах одинаковой сохранности.

При испытаниях образцов с заданной плотностью и влажностью до начала первого испытания следует подготовить столько грунта, чтобы его хватило на все предусмотренные испытания.

Период времени испытаний всего комплекса должен быть как можно короче, но с учетом времени выдерживания ступеней нагрузки.

4.9 Определяют три группы показателей свойств грунтов: классификационные, косвенные и прямые.

Под классификационными показателями понимают показатели, применяемые для классифицирования или сравнения одного показателя с другим.

Косвенные показатели - это показатели, установленные по существующим корреляционным зависимостям с другими прямыми показателями и используемые для предварительной оценки свойств грунтов и ориентировочных расчетов их деформаций.

Прямые показатели - это показатели, определяемые непосредственно из опыта, дающие количественное выражение свойств и используемые для окончательных расчетов деформаций.

4.10 Настоящий стандарт устанавливает прямые показатели деформационных свойств грунтов (минеральных, органо-минеральных, органических), которые могут быть использованы также и как классификационные.

Прямой метод испытаний применяют для установления компрессионного и консолидационного параметра, если все показатели, используемые для его вычисления, могут быть определены из опыта.

4.11 Кроме того, показатели механических свойств грунтов могут быть стандартными (используемыми для расчетов, выполняемых в соответствии с нормативными документами) и специальными (отличающимися от принятых в нормативных документах и определяемыми в соответствии с новыми расчетными схемами для прогноза поведения конструкции).

4.12 Методы испытаний могут быть тестированными, т.е. регламентированными официальными стандартами, и традиционными, т.е. общепринятыми.

4.13 В настоящем стандарте приведены:

- стандартные методики компрессионно-консолидационных испытаний грунтов по ГОСТ 12248, а также традиционные (общепринятые);

- стандартные показатели деформационных свойств грунтов в условиях компрессионного сжатия по ГОСТ 12248, а также традиционные (общепринятые).

4.14 Основой для вычисления компрессионных характеристик грунтов являются:

- компрессионная кривая, построенная в координатах , , где - относительная деформация, - ступень нагрузки;

- значения относительной деформации образца грунта, фиксированные на момент достижения условий стабилизации деформации под заданными ступенями нагрузки .

4.15 Основой для вычисления консолидационных характеристик грунтов являются:

- консолидационные кривые, построенные в координатах , или , , или , (где - время достижения );

- время достижения заданной относительной деформации , или степени консолидации (выражение в процентном соотношении) , % образца грунта с заданными условиями фильтрации.

5 Методы определения показателей деформационных свойств связных грунтов

5.1 Сущность метода компрессионного сжатия

5.1.1 Испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят для определения следующих характеристик деформируемости:

- относительная деформация ,

- модуль осадки ,

- модуль деформации ,

- структурная прочность грунта на сжатие ,

- консолидационный параметр ,

- параметр объемной ползучести ,

- коэффициент консолидации первичной фильтрационной консолидации ,

- показатель степени консолидации n,

- обобщенный консолидационный параметр .

5.1.2 Характеристики по 5.1.1 определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих возможность бокового расширения образца при их нагружении вертикальной нагрузкой (нормальным давлением).

5.1.3 Диапазон нагрузок, при которых проводят компрессионные испытания, и ступени нагружения устанавливают или принимают в пределах полуторного значения проектной нагрузки на грунтовое основание (или на расчетные слои в насыпи). Нагрузка, под которой должен уплотняться образец в испытании на консолидацию, устанавливают расчетом.

5.1.4 Для испытаний используют образцы грунта:

- ненарушенного сложения с природной влажностью, отобранные из основания насыпи;

- ненарушенного сложения - отобранные из основания насыпи и водонасыщенные;

- нарушенного сложения - с заданными значениями плотности и влажности;

- с ненарушенной структурой - отобранные из насыпи.

5.1.5 Испытания проводят по следующим схемам, которые указываются в задании:

- открытая, при которой обеспечивается свободный отток воды из образца через штампы при различных условиях фильтрации (односторонняя, двухсторонняя);

- закрытая, при которой отжатие воды из образца исключается;

- гостированный режим приложения нагрузки;

- заданный режим приложения нагрузки.

5.1.6 Испытуемый образец должен иметь форму цилиндра при отношении высоты к диаметру 1:3,5.

5.1.7 В процессе компрессионно-консолидационных испытаний ведут журнал по ГОСТ 12248 и дополнительно предлагаемой форме (см. приложение А).

5.2 Приборы и оборудование

5.2.1 В состав установки для компрессионных и консолидационных испытаний грунтов в условиях компрессионного сжатия должны входить:

- одометр, состоящий из рабочего кольца с внутренними размерами в зависимости от размеров цилиндрической обоймы, перфорированных штампов (верхнего и нижнего в виде перфорированного вкладыша), поддона с емкостью для воды;

- механизм для вертикального нагружения образца грунта;

- устройства для измерения вертикальных деформаций образца.

5.2.2 Для испытаний торфов, сапропелей, илов, а также глинистых грунтов с различным содержанием органического вещества мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции следует использовать модернизированные приборы со следующими показателями:

- приборы должны быть снабжены облегченными штампами и уравновешенными загрузочными устройствами;

- должна обеспечиваться передача на образец малых ступеней нормального давления и возможность развития значительных деформаций сжатия (до 50% высоты образца) и их измерения;

- перфорация штампов должна обеспечивать свободный отток отжимаемой из образца поровой воды.

5.2.3 Предпочтительно, чтобы одометры были оборудованы программным обеспечением, датчиками напряжений и деформаций, а также устройствами автоматической регистрации и записи деформации образца при его уплотнении. Все перечисленное выше оборудование должно пройти аттестацию (см. раздел 2).

5.2.4 Компрессионные приборы следует тарировать на сжатие с помощью металлического вкладыша. Максимальное давление при тарировке должно быть равно 0,6 МПа, нагружение ступенями - 0,05 МПа с выдержкой 2 мин при каждой загрузке и разгрузке прибора.

Средства измерений должны подвергаться периодической поверке (калибровке), а испытательное оборудование - аттестации, включающей в себя обязательную тарировку для учета собственных деформаций прибора (сжимаемость деталей и фильтров) в соответствии с требованиями к их эксплуатации.

Для исключения деформаций прибора из показаний деформации образца грунта под той или иной нагрузкой, полученных при испытании, следует вычесть показания деформации прибора, полученные при его тарировании под теми же нагрузками.

Измерительные приборы должны периодически подвергаться метрологическим проверкам и иметь ведомость поправок в пределах рабочего диапазона каждого прибора (см. ГОСТ Р 8.563, ГОСТ Р 8.568).

5.2.5 Погрешность измерений при испытаниях не должна превышать:

0,02 г - при определении массы образца;

0,1 мм - при измерении геометрических размеров рабочего (режущего) кольца, определяющего размеры образца;

0,01 мм - при измерении деформаций образца;

1% - при измерении прикладываемой нагрузки (ступени нагружения).

5.3 Подготовка к испытанию прибора и образца

5.3.1 Подготовку приборов и измерительных устройств к компрессионным и консолидационным испытаниям проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 12248 и ГОСТ 30416.

Перед испытанием измеряют диаметр и высоту рабочего кольца и взвешивают его с точностью, указанной в 5.2.6.

За высоту и диаметр рабочего кольца принимают их среднеарифметическое значение (из нескольких измерений).

5.3.2 Для создания открытой схемы испытаний необходимо предусмотреть использование кружков фильтровальной бумаги, вырезанных строго по внутреннему диаметру рабочего кольца, для создания закрытой системы - водонепроницаемых прокладок, подготовленных аналогично водопроницаемым, но из другого материала.

5.3.3 В период подготовки и проведения испытаний необходимо предусмотреть меры по предохранению образцов грунта от высыхания (создание защитных оболочек, использование чехлов и т.п.).

5.3.4 Для водонасыщения (доувлажнения) образцов грунта допускается использовать воду питьевого качества, если в задании на испытание не приведены указания по использованию дистиллированной либо грунтовой воды с места отбора образца.

5.3.5 Методика подготовки образцов к испытаниям зависит от структуры грунта.

Методика изготовления образца грунта с ненарушенной структурой приведена в приложении Б.

Методика изготовления образца грунта с заданными значениями влажности и плотности сухого грунта приведена в приложении В.

5.3.6 Для компрессионно-консолидационных испытаний грунтов с ненарушенной структурой из общего числа монолитов следует отобрать "представительные" монолиты для каждого выделенного слоя, природная влажность которых соответствует расчетной влажности для данного слоя (среднемедианное значение по графику рассеяния значений природной влажности для всего слоя), указанной в задании.

5.3.7 Требуемые значения влажности и плотности образцов грунта с нарушенной структурой устанавливают, исходя из расчетной схемы сооружения и проектируемой конструкции, и указывают в задании на испытание.

5.3.8 Одновременно с подготовкой образцов должны быть определены показатели физических свойств испытуемых грунтов: влажность, пределы пластичности, плотность, плотность частиц грунта, гранулометрический состав, содержание органических веществ, степень разложения и зольность (для торфов) в соответствии с указанными в разделе 2 настоящего стандарта, ГОСТ 5180, ГОСТ 10650, ГОСТ 12536, ГОСТ 25100.

5.4 Проведение испытания на компрессию и консолидацию по открытой и закрытой схемам

5.4.1 Перед испытаниями при намеченной в задании двухсторонней фильтрации воды из образца верхний и нижний его торцы следует покрыть влажными кружками фильтровальной бумаги. При односторонней фильтрации воды из образца нижний его торец покрывают водонепроницаемой прокладкой или используют специальный вкладыш без перфорации, предусмотренный в конструкции прибора. Эти же вкладыши используют для создания закрытой схемы испытаний.

5.4.2 Кольцо с образцом помещают в одометр и устанавливают его под загрузочное устройство компрессионного прибора. Устанавливают на нулевой отсчет индикаторы или другие измерительные устройства (при показаниях, отличных от нуля, их записывают в журнале как начальные).

5.4.3 Водонасыщение следует проводить для перевода образца из трехфазного состояния в двухфазное (полностью водонасыщенное). При предварительном насыщении грунта водой прибор с образцом помещают под пресс; опускают винт арретира так, чтобы грунт не набухал, или доводят арретирное кольцо прибора до соприкосновения с верхним штампом. Насыщают образец по 5.3.4 грунтовой водой, взятой с места отбора образца, грунтовой вытяжкой или дистиллированной водой. Допускается использовать водопроводную воду при небольшой ее минерализации. Для водонасыщения допускается использовать специальные устройства или трубки. В последнем случае уровень воды в трубке устанавливают выше верхней грани рабочего кольца и поддерживают его на протяжении всего опыта. Допускается водонасыщать образец методом обратного давления.

5.4.4 После покрытия водой всей поверхности верхнего штампа водонасыщение можно завершить.

5.4.5 При необходимости испытания образца в водном окружении спустя 3 мин после приложения 1-й ступени нагрузки повторить операции по 5.4.3.

5.4.6 Для проведения компрессионных испытаний к грунту прикладывают нагрузку нарастающими ступенями (без ударов). Для образцов глинистых грунтов текучей консистенции, сапропелей и торфов с влажностью более 500% рекомендуются следующие ступени нагрузок: 0,0025; 0,005; 0,01; 0,025; 0,05; 0,10; 0,20 МПа и далее до заданной максимальной нагрузки с указанным шагом. Для образцов глинистых грунтов пластичной консистенции, сапропелей и торфов с влажностью менее 500% рекомендуются следующие ступени нагрузок: 0,01; 0,025; 0,05; 0,10; 0,20 МПа и далее до заданной максимальной нагрузки с указанным шагом.

5.4.7 В зависимости от состояния грунта число ступеней может быть в соответствии с заданием на испытание сокращено. В зависимости от условий работы грунта в системе "сооружение - грунт" в задании на испытания указывают специальный режим нагружения образца.

5.4.8 Каждую ступень нормального давления выдерживают до условной стабилизации деформации образца. Во всех случаях принимаемая за условную стабилизацию деформации интенсивность осадки не должна превышать 0,01 мм:

- для супесей - за 16 ч,

- для суглинков и глин, органо-минеральных и органических грунтов - за 24 ч.

5.4.9 При больших осадках образца необходимо следить за системой нагружения и регистрацией деформаций.

Одометр с образцом необходимо защищать от сотрясений и резких температурных колебаний.

5.4.10 Для определения структурной прочности грунта на сжатие первую и последующие ступени нагрузки необходимо принимать равными 0,0025 МПа до момента начала интенсивного сжатия образца грунта. За начало интенсивного сжатия принимают значение относительной деформации образца . Графический способ определения структурной прочности грунта на сжатие приведен в приложении Г.

5.4.11 Для дальнейшего нагружения образца после определения за очередную ступень нагрузки принимают ближайшее к значение в соответствии 5.4.6.

5.4.12 Допускаются следующие варианты компрессионных и консолидационных испытаний, которые должны оговариваться в задании на испытания (см. 5.4.13-5.4.15).

5.4.13 Если схема консолидационных опытов не оговорена в задании на испытания, то на каждой ступени нормального давления на образец грунта записывают значения деформации в следующей последовательности:

- первое - сразу после приложения первой ступени, затем через 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом 1 ч в течение первого рабочего дня;

- затем в начале и в конце рабочего дня до условной стабилизации деформации грунта (см. 5.4.8).

5.4.14 Испытание на консолидацию также совмещают с компрессионными испытаниями. Однако запись деформации во времени параллельно испытуемых идентичных образцов проводят при уплотнении под одной (расчетной) из прикладываемых ступеней нормального давления в соответствии с 5.4.13. При уплотнении под другими ступенями деформации фиксируют в момент их приложения и в конце рабочего дня, затем в начале и в конце рабочего дня до достижения условной стабилизации деформации (см. 5.4.8). Испытание по открытой или закрытой схеме проводят в зависимости от задания на испытания. Способ установления схем приведен в приложении Д.

5.4.15 Испытание на консолидацию проводят на идентичных образцах с одинаковыми или с разными условиями дренирования только под "расчетной" нагрузкой (под вертикальным давлением).

5.4.16 В необходимых случаях в соответствии с заданием на испытание может быть проведена разгрузка образца грунта в последовательности, обратной порядку нагружения, а также проведено повторное испытание грунта на компрессию.

5.4.17 По окончании деформации образца грунта (достижение условной стабилизации деформации) под последней ступенью вертикального давления воду удаляют, если образец находился под водой, и снимают нагрузку. Разбирают одометр, извлекают рабочее кольцо с образцом, снимают фильтровальную бумагу, удаляют сухой фильтровальной бумагой остатки влаги с торцов образца и взвешивают его с указанной в 5.2.6 точностью.

5.4.18 Определяют объем образца, для чего площадь его поперечного сечения умножают на его конечную высоту, равную разности между начальной высотой образца и его осадкой.

Затем образец взвешивают и высушивают для определения его влажности по ГОСТ 5180.

5.4.19 Результаты определения конечных деформаций и деформаций во времени, а также расчетов показателей состояния до испытания и после испытания записывают по форме в журнал (см. приложение А).

В соответствии с заданием на испытания рассчитывают необходимые показатели физических свойств испытуемого грунта (плотность, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения и др.).

5.4.20 В соответствии с заданием на испытания может потребоваться определение тех или иных характеристик деформируемости (конечной и во времени) по результатам испытаний при разных условиях.

Если для определения консолидационных параметров грунтов достаточно создания одинаковых условий в параллельных испытаниях, то эти испытания проводят по схеме "одной кривой". При разных условиях испытания (путь фильтрации или высота образца) параллельные испытания проводят по схеме "двух кривых". В первом случае в результате каждого испытания получают одну консолидационну кривую (см. 5.4.22), во втором - две (см. 5.4.23). Эти схемы применяют и к компрессионным испытаниям (см. 5.4.21). Основные деформационные характеристики грунтов, схемы испытаний, а также регламентирующие их документы приведены в приложении Е.

5.4.21 Методика проведения компрессионных испытаний по схемам "одной кривой", "двух кривых" приведены в ГОСТ 12248.

5.4.22 Методика проведения консолидационных испытаний по схеме "одной кривой" приведена в 5.4.1-5.4.12.

5.4.23 Методика проведения консолидационных испытаний по схеме "двух кривых" приведена ниже.

При испытаниях на серийно выпускаемых приборах их проводят на двух идентичных образцах с ненарушенной структурой (или на одинаковых образцах по плотности и влажности), с разными условиями дренирования (фильтрации) отжимаемой при уплотнении поровой воды: одностороннее и двухстороннее. Целесообразнее проводить такие испытания в специальных одометрах с различной высотой рабочего кольца (например, , ) при соблюдении требуемого соотношения высоты кольца к его диаметру (см. 5.1.6). В последнем случае идентичные образцы испытывают при одинаковых условиях фильтрации.

При этом следует считать путь фильтрации воды при односторонней фильтрации равным высоте образца , а при двухсторонней фильтрации половине высоты образца .

5.4.24 В задании на испытание может быть предусмотрено проведение консолидационных испытаний в полном или сокращенном объеме.

При выполнении полного объема испытаний должны быть испытаны три пары идентичных образцов, каждую из которых с разными путями фильтрации воды уплотняют под одной из трех намеченных нагрузок.

При назначении нагрузок следует исходить из расчетной нагрузки на расчетный слой (эта нагрузка должна быть средней). Значение минимальной нагрузки не должно быть менее структурной прочности грунта на сжатие . Максимальная нагрузка не должна вызывать выдавливание грунта в зазоры прибора. Ее значение может быть принято по результатам предварительного расчета устойчивости данного слоя .

При выполнении сокращенного объема испытаний должна быть испытана пара идентичных образцов с разными путями фильтрации воды и уплотненных под расчетной нагрузкой.

5.4.25 В каждой серии компрессионных и консолидационных испытаний при сокращенном объеме необходимо предусмотреть параллельные испытания. При полном объеме параллельные испытания при хорошей сходимости результатов можно не проводить (см. 5.4.26).

5.4.26 За нормативное значение характеристики деформируемости грунта во времени принимают среднеарифметическое значение из параллельных испытаний или из проведенных по одной схеме, но при условии, что расхождение между ними не выходит за допустимые пределы.

За допустимые пределы расхождений в результатах указанных испытаний идентичных образцов грунта (и при прочих равных условиях) принимают:

- расхождение в значениях относительной деформации двух идентичных образцов, соответствующих той или иной ступени нагрузки (нормального давления), не превышающее 10% конечного значения;

- расхождение во времени достижения той или иной относительной деформации идентичных образцов при одинаковых условиях испытания, не превышающее 5% в течение 100 мин прохождения испытания, и 10% - более 100 мин.

5.4.27 В случае превышения указанных допусков в результатах сравниваемых испытаний идентичных образцов испытания следует повторить в соответствии с 5.4 и заданиями на испытание.

В случае, если консолидационные кривые идентичных образцов с разными условиями фильтрации или уплотненных под разными ступенями нагрузки (нормального давления) пересекаются, испытания так же следует повторить в соответствии 5.4 и с заданием на испытание.

5.4.28 В задании на испытание может быть предусмотрено проведение консолидационно-компрессионных испытаний с контролем изменения массы образца после уплотнения под каждой ступенью нагрузки (нормального давления).

5.4.29 С этой целью после достижения условий стабилизации деформации образца под очередной ступенью нагрузки (нормального давления) прибор следует разгрузить (см. 5.4.16, 5.4.17), образец грунта с кольцом взвесить, снова установить в одометр. Затем собирают прибор в указанной выше последовательности (5.4.1-5.4.5).

5.4.30 Для продолжения испытания к образцу прикладывают ту же ступень нагрузки (нормального давления), под которой он уплотнялся, и выдерживают до достижения условной стабилизации деформации. Записывают показания измерительных устройств, которые принимаются за начальные значения. Затем к образцу прикладывают следующую ступень нагрузки (нормального давления) и выдерживают до достижения условной стабилизации деформации.

Операции, описанные в 5.4.29, 5.4.30, повторяют до достижения максимально заданной ступени нагрузки (нормального давления), т.е. до завершения испытания.

По изменению массы влажного образца после каждой ступени нагрузки (нормального давления) и с учетом массы сухого образца после окончания испытания рассчитывают изменения влажности грунта в процессе всего испытания. В результате компрессионных испытаний строят графики и . Пример графического оформления компрессионных испытаний приведен в приложении Ж.

5.5 Обработка результатов испытаний

5.5.1 Для определения компрессионных характеристик испытуемого грунта по результатам определения деформации под каждой ступенью нагрузки вычисляют:

- абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта , мм, как среднеарифметическое показаний двух измерительных приборов минус поправка на деформацию компрессионного прибора (по тарировочной кривой);

- относительную вертикальную деформацию образца грунта по формуле

,

(5.1)

где - высота образца до испытания.

5.5.2 По вычисленным значениям строят график зависимости . Через экспериментальные точки проводят осредненную плавную кривую (см. приложение Ж).

5.5.3 В соответствии с заданием на испытание может быть задано определение модуля осадки и коэффициента пористости . Значение (сжатие в миллиметрах столба грунта высотой 1 м) рассчитывают по формуле

(5.2)

При определении коэффициента пористости следует оценивать "активную" пористость грунта по формуле

,

(5.3)

где - начальный коэффициент пористости, рассчитываемый по формуле

,

(5.4)

где - плотность частиц грунта;

- плотность грунта;

- начальная влажность грунта.

Значение "активной" пористости может быть рассчитано через значения начальной и конечной влажности также по формуле [1].

5.5.4 Для определения значения структурной прочности грунта на сжатие необходимо кривую перестроить в виде (см. приложение Г).

5.5.5 По полученным при консолидационных испытаниях значениям и строят кривую консолидации вида для каждого образца грунта. Если испытание проводили на двух идентичных образцах с разными условиями дренирования, то строят две консолидационные кривые на одном графике (для и - разный путь фильтрации).

5.5.6 По характеру консолидационной кривой устанавливают расчетную модель консолидации для конкретных условий работы грунтов в системе "сооружение - грунт" на конкретном объекте.

5.5.7 С этой целью кривую консолидации рассматривают по участкам, отличающимся друг от друга по геометрическим признакам. Каждый участок кривой отражает соответствующий этап консолидации:

- участок I - дофильтрационная консолидация;

- участок II - первичная фильтрационная;

- участок III - вторичная фильтрационная;

- участок IV - объемная ползучесть.

Варианты сочетания указанных этапов консолидации в зависимости от структуры, состояния и свойств грунтов приведены в приложении И.

5.5.8 Этапы I-IV консолидации в различных сочетаниях могут быть получены по результатам испытаний грунтов по открытой схеме. Этапы I, IV консолидации могут быть получены по результатам испытаний грунтов как по открытой, так и по закрытой схеме.

5.5.9 С учетом вида консолидационной кривой и варианта сочетания указанных выше этапов консолидации (см. 5.5.7) должна быть принята методика обработки результатов испытаний для получения значений показателей консолидации. Способы выделения характерных участков на кривой консолидации по геометрическим признакам приведены в приложении К.

5.5.10 Формулы расчетов консолидационных параметров грунтов (см. 5.1.1) на всех этапах консолидации, перечисленных в 5.5.7, имеют следующий вид:

;

(5.5)

;

(5.6)

;

(5.7)

;

(5.8)

;

(5.9)

,

(5.10)

где - заданная относительная деформация образца на этапе дофильтрационной консолидации;

- относительная деформация образца, соответствующая условному началу сжатия ;

- время достижения ;

- коэффициент консолидации на этапе первичной фильтрационной консолидации;

- фактор времени, соответствующий степени консолидации первичной фильтрационной консолидации, определяемый по [1];

- путь фильтрации отжимаемой воды из образца;

- время достижения по кривой консолидации данного образца;

- показатель степени консолидации на момент достижения заданной относительной деформации , на этапе вторичной фильтрационной консолидации;

и - время достижения значения заданной относительной деформации, устанавливаемое по кривой консолидации образца грунта с величиной пути фильтрации , соответственно , ;

и - заданная относительная деформация образца на этапе объемной ползучести и время ее достижения;

- относительная деформация образца, соответствующая достижению условной стабилизации деформации на момент времени ;

, - обобщенные консолидационные параметры, отражающие переменность ползучести скелета грунта и его фильтрационных свойств соответственно на этапе фильтрационной консолидации.

Формулы (5.8) и (5.9) справедливы при условии или .

5.5.11 Требования к представлению результатов испытаний (конкретные показатели, форма представления результатов и др.) должны быть приведены в задании на испытание.

Запись данных при испытании, обработку результатов, графические построения следует автоматизировать.

Библиография

[1] Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. Информавтодор. М., 2004

[2] СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги. Проектирование (издание 2001 г. с изменениями в конце документа)

[3] СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения

[4] СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть III.