Метод одноплоскостного среза

ГОСТ 12248-96

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙСТАНДАРТ

ГРУНТЫ.

МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНОГО
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ

МЕЖГОСУДАРСТВЕННАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, ТЕХНИЧЕСКОМУ НОРМИРОВАНИЮ
И СЕРТИФИКАЦИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (МНТКС)

Москва

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Государственнымпредприятием Научно-исследовательским, проектно-изыскательским иконструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений им.Н.М. Герсеванова (НИИОСП им. Н.М. Герсеванова) с участием Государственногодорожного научно-исследовательского института (Союздорнии), Производственного инаучно-исследовательского института по инженерным изысканиям в строительстве(ПНИИИС), Акционерного общества «Всероссийский научно-исследовательскийинститут гидротехники им. Б.Е. Веденеева» (АО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева), Акционерного общества«Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (АО НИИЭС) Российской Федерации

ВНЕСЕН Минстроем России

2 ПРИНЯТ Межгосударственнойнаучно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию исертификации в строительстве (МНТКС) 15 мая 1996 г.

За принятиепроголосовали

Наименование государства	Наименование органа государственного управления строительства
Азербайджанская Республика	Госстрой Азербайджанской Республики
Республика Армения	Госупрархитектуры Республики Армения
Республика Беларусь	Минстройархитектуры Республики Беларусь
Республика Казахстан	Минстрой Республики Казахстан
Кыргызская Республика	Госстрой Кыргызской Республики
Республика Молдова	Минархстрой Республики Молдова
Российская Федерация	Минстрой России
Республика Таджикистан	Госстрой Республики Таджикистан
Республика Узбекистан	Госкомархитектстрой Республики Узбекистан

3 ВВЕДЕН ВЗАМЕН ГОСТ12248-78, ГОСТ17245-79, ГОСТ 23908-79, ГОСТ24586-90, ГОСТ25585-83, ГОСТ26518-85

4 ВВЕДЕН в действие с 1января 1997 г.. в качестве государственного стандарта Российской Федерациипостановлением Минстроя России от 1 августа 1996 г. № 15-86

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙСТАНДАРТ

ГРУНТЫ.

МЕТОДЫЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ
И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ

SOILS.
LABORATORY METHODS FOR DETERMINING
THE STRENGTH AND STRAIN CHARACTERISTICS

Дата введения 1997-01-01

1 Область применения

Настоящий стандартустанавливает методы лабораторного определения характеристик прочности идеформируемости грунтов при их исследовании для строительства.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандартеиспользованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2789-73Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ9378-93 Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие техническиеусловия

ГОСТ12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического(зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ23161-78 Грунты. Методы лабораторного определения характеристикпросадочности

ГОСТ24143-80 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания иусадки

ГОСТ25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации

ГОСТ 30416-96Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.

3 Определения

В настоящем стандартеприменяют следующие термины.

Эффективное напряжение - напряжение, действующее в скелете грунта,определяемое как разность между полным напряжением в образце грунта и давлениемв поровой жидкости.

Коэффициент фильтрационной c_v и вторичной c _α консолидации - показатели,характеризующие скорость деформации грунта при постоянном давлении за счетфильтрации воды (c_v) и ползучести грунта (c _α).

Ползучесть - развитие деформаций грунта во времени при неизменном напряжении.

Стадия незатухающей ползучести - процесс деформирования грунта с постоянной илиувеличивающейся скоростью при неизменном напряжении.

Остальные термины,используемые в настоящем стандарте, приведены в ГОСТ 30416.

4 Общие положения

4.1 Настоящий стандартустанавливает следующие методы лабораторного определения характеристикпрочности и деформируемости грунтов:

- одноплоскостного среза,одноосного сжатия, трехосного сжатия, компрессионного сжатия - для немерзлыхгрунтов;

- испытание шариковымштампом, одноплоскостного среза по поверхности смерзания, одноосного сжатия,компрессионного сжатия - для мерзлых грунтов.

Примечание - Поспециальному заданию могут применяться другие методы испытаний и конструкцииприборов, обеспечивающие моделирование процесса нагружения грунта.

4.2 Общие требования клабораторным испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, лабораторнымпомещениям, способы изготовления образцов для испытаний приведены в ГОСТ30416.

4.3 Дляиспытываемых грунтов должны быть определены физические характеристики по ГОСТ 5180: влажность (суммарная влажность для мерзлых грунтов), плотность,плотность частиц, влажность границ текучести и раскатывания, гранулометрическийсостав песков, а в необходимых случаях и глинистых грунтов по ГОСТ 12536, а также вычислены плотность сухого грунта, коэффициент пористости,коэффициент водонасыщения (степень заполнения объема пор льдом и незамерзшейводой), число пластичности и показатель текучести (для немерзлых грунтов).

Дополнительные необходимыехарактеристики грунтов приводятся в отдельных методах испытаний.

4.4 В процессе испытанийгрунтов ведут журналы по формам, приведенным в приложении А.

5 Методы определения характеристик прочности идеформируемости немерзлых грунтов

Сущность метода

5.1.1.1 Испытание грунтаметодом одноплоскостного среза проводят для определения следующих характеристикпрочности: сопротивления грунта срезу τ, угла внутреннего трения φ,удельного сцепления с для песков(кроме гравелистых и крупных), глинистых и органо-минеральных грунтов.

5.1.1.2 Эти характеристикиопределяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезныхприборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образцаотносительно другой его части касательной нагрузкой при одновременномнагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза. Для глинистыхгрунтов по специальному заданию может быть проведен повторный срез образца пофиксированной плоскости - срез «плашка по плашке».

Примечание - Недопускается испытывать грунты, выдавливаемые в процессе испытания в зазор междуподвижной и неподвижной частями срезной коробки.

5.1.1.3 Сопротивление грунтасрезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при которомобразец грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальномнапряжении. Для определения с иφ необходимо провести не менее трех испытаний при различных значенияхнормального напряжения.

5.1.1.4 Испытания проводятпо следующим схемам:

-консолидированно-дренированное испытание - для песков и глинистых грунтовнезависимо от их степени влажности в стабилизированном состоянии;

-неконсолидированно-недренированное испытание - для водонасыщенных глинистых иоргано-минеральных грунтов в нестабилизированном состоянии и просадочныхгрунтов, приведенных в водонасыщенное состояние замачиванием без приложениянагрузки.

5.1.1.5Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природнойвлажностью или в водонасыщенном состоянии или образцы нарушенного сложения сзаданными значениями плотности и влажности (в том числе при полномводонасыщении), или образцы, отобранные из уплотненного массива, дляискусственно уплотненных грунтов.

При этом образцы просадочныхгрунтов испытывают в водонасыщенном состоянии, а набухающих - при природнойвлажности.

Примечание - Внеобходимых случаях сопротивление сразу может определяться: для просадочногогрунта при природной влажности или при влажности на границе раскатывания, еслипоследняя превышает природную; для засоленного - на образцах предварительновыщелоченного грунта после стабилизации суффозионной осадки при заданномнормальном давлении; для набухающих грунтов - в условиях полного водонасыщенияпосле стабилизации свободного набухания или набухания (уплотнения) при заданномнормальном давлении; для насыпных грунтов - при их максимальной, требуемой илидостигаемой плотности.

5.1.1.6Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 1/3до 1/2 диаметра.

Примечание - Для однородных глинистых грунтов (безвключений) допускается при испытаниях в полевых лабораториях уменьшать диаметробразца до 56 мм.

Оборудование и приборы

5.1.2.1 В состав установкидля испытания грунта методом одноплоскостного среза должны входить:

- срезная коробка, состоящаяиз подвижной и неподвижной частей и включающая рабочее кольцо с внутреннимиразмерами по 5.1.1.6, жестких сплошного и перфорированногоштампов;

- механизм для вертикальногонагружения образца;

- механизм созданиякасательной нагрузки;

- устройства для измерениядеформаций образца и прикладываемой нагрузки.

Примечание - Дляиспытания образца песчаных грунтов применяют срезную коробку с нижней подвижнойчастью.

5.1.2.2 Конструкция срезногоприбора должна обеспечивать первоначальное вертикальное давление на образец (отвеса штампа и измерительных приборов на нем) не более 0,025 МПа.

5.1.2.3 При тарировкесрезной коробки в соответствии с паспортом на прибор устанавливают поправки напреодоление трения подвижной части срезной коробки.

5.1.2.4 При необходимостипредварительного уплотнения образца могут применяться уплотнители, позволяющиепроизводить уплотнение при заданном давлении и сохранении природной илизаданной влажности, а также в условиях полного водонасыщения.

В состав уплотнителя должнывходить следующие основные узлы:

- цилиндрическая обойма, вкоторую помещается рабочее кольцо с образцом;

- жесткий перфорированныйштамп;

- механизм для вертикальногонагружения образца;

- ванна для водонасыщенияобразца;

- гидроизолирующие элементы;

- устройство для измерениявертикальных деформаций образца.

Подготовка к испытанию

5.1.3.1 Образец грунтаизготавливают с учетом требований 5.1.1.5 и 5.1.1.6.

5.1.3.2 Изготовленныйобразец взвешивают и в зависимости от схемы испытания и вида грунта приступаютили к его предварительному уплотнению, или сразу к испытанию на срез.

5.1.3.3 Предварительноеуплотнение образца при консолидированно-дренированном испытании проводятнепосредственно в рабочем кольце срезного прибора или в уплотнителе.

5.1.3.4 При предварительномуплотнении в уплотнителе рабочее кольцо с подготовленным образцом грунтаследует поместить в обойму уплотнителя, а затем собранную обойму установить вванну уплотнителя на перфорированный вкладыш (предварительно торцы образцанеобходимо покрыть влажным бумажным фильтром). Далее необходимо установить наобразец перфорированный штамп, произвести регулировку механизма нагрузки,установить приборы для измерения вертикальных деформаций грунта и записать ихначальные показания.

5.1.3.5 Для испытанийобразцов грунта в условиях полного водонасыщения необходимо предварительнозамочить образцы, заполнив ванну уплотнителя водой.

При испытании просадочныхгрунтов, имеющих природную влажность меньше w_р, необходимо доувлажнитьобразцы до влажности, равной w_р.

Образцам набухающих грунтов,предназначенным для определения сопротивления срезу в условиях полноговодонасыщения после стабилизации деформаций набухания при заданном нормальномдавлении р, необходимо передать доначала замачивания давление р.

Время насыщения образцовводой должно быть не менее значений, указанных в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Грунты	Время насыщения образцов водой, не менее	Время выдерживания ступеней, не менее	Время условной стабилизации деформаций сжатия на конечной ступени, не менее
Пески	10 мин	5 мин	20 мин
Глинистые (непросадочные и ненабухающие):
супеси	3 ч	30 мин	2 ч
суглинки с Iр < 12 %	6 ч	6 ч
» с Ip ³l2 %	12 ч	12 ч
глины с Ip < 22 %	12 ч	12 ч
» с Ip ³22 %	36 ч	12 ч
Просадочные	Как для непросадочных	30 мин	3 ч
Набухающие	До достижения условной стабилизации деформации набухания - 0,1 мм за 24 ч	30 мин	Как для ненабухающих

5.1.3.6 При проведениииспытаний на повторный срез образец грунта разрезают на две части острым ножомили леской по плоскости первого среза, тщательно заравнивают торцевыеповерхности обеих половин, соединяют их между собой и помещают в рабочее кольцосрезного прибора.

Примечания

1 В отельныхслучаях, предусмотренных программой испытаний, могут назначаться более высокиенормальные давления по сравнению с приведенными в таблице 5.2.

2 Если при заданных нормальных давлениях зависимость τ = f (σ) на начальном участке имеет существенно нелинейныйхарактер, значения должны быть изменены так, чтобы соблюдалась линейностьуказанной зависимости.

5.1.4.2 Каждую ступеньдавления при предварительном уплотнении выдерживают в течение времени,указанного в таблице 5.1, а конечную ступень - до достижения условнойстабилизации деформаций сжатия образца грунта.

За критерий условнойстабилизации деформации принимают ее приращение, не превышающее 0,01 мм завремя, указанное в таблице 5.1.

5.1.4.3 В процессепредварительного уплотнения образцов грунта, а при их испытаниях вводонасыщенном состоянии и в период замачивания в журнале испытанийрегистрируют вертикальные деформации образцов. В конце каждой ступенинагружения записывают показания приборов для измерения деформаций, а напоследней ступени фиксируют наступление условной стабилизации деформации сжатияобразца грунта.

При замачивании образцагрунта вертикальные деформации следует фиксировать по окончании замачивания, адля набухающих грунтов фиксируют наступление условной стабилизации деформациинабухания (таблица 5.1).

5.1.4.4 Послепредварительного уплотнения, если оно проводилось в уплотнителе, следует быстроразгрузить образец и перенести рабочее кольцо с образцом в срезную коробку.Далее закрепляют рабочее кольцо в срезной коробке, устанавливаютперфорированный штамп, производят регулировку механизма нагрузки, устанавливаютзазор 0,5 - 1 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки,устанавливают измерительную аппаратуру для регистрации вертикальных деформацийобразца и записывают ее начальное показание в журнале испытания.

В случае предварительногоуплотнения образцов грунта в условиях полного водонасыщения перед разгрузкойобразца удаляют воду из ванны уплотнителя.

5.1.4.5 На образец грунтапередают то же нормальное давление, при котором происходило предварительноеуплотнение грунта, за исключением образцов просадочного грунта, испытываемых вводонасыщенном состоянии. В этом случае нормальное давление при срезе должносоставлять 0,1; 0,2; 0,3 МПа.

Испытание на повторный срезвыполняют при том же нормальном давлении, при котором был осуществлен первыйсрез.

Нормальную нагрузку следуетпередать на образец в одну ступень и выдержать ее не менее:

5 мин - для песков;

15 мин - для супесей;

30 мин - для суглинков иглин;

10 мин - при повторномсрезе.

5.1.4.6 После передачи наобразец грунта нормальной нагрузки приводят в рабочее состояние механизмсоздания касательной нагрузки и прибор для измерения деформаций среза грунта изаписывают его начальное показание.

При передаче касательнойнагрузки ступенями их значения должны составлять 5 % значения нормальнойнагрузки, при которой производят срез. На каждой ступени нагружения записываютпоказания приборов для измерения деформаций среза через каждые 2 мин, уменьшаяинтервал между измерениями до 1 мин в период затухания деформации до ееусловной стабилизации.

За критерий условнойстабилизации деформации среза принимают скорость деформации, не превышающую0,01 мм/мин.

5.1.4.7 При непрерывновозрастающей касательной нагрузке скорость среза должна быть постоянной исоответствовать указанной в таблице 5.3. Деформации срезафиксируют не реже чем через 2 мин.

Таблица 5.3

Грунты	Скорость среза, мм/мин
Пески	£ 0,5
Супеси	£0,1
Суглинки	£ 0,05
Глины с Ip ≤ 30 %	£0,02
Глины с Ip > 30 %	£0,01

5.l.4.8 Испытание следуетсчитать законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузкипроисходит мгновенный срез (срыв) одной части образца по отношению к другой илиобщая деформация среза превысит 5 мм.

При проведении среза спостоянной скоростью за окончание испытаний принимают момент, когда срезающаянагрузка достигнет максимального значения, после чего наблюдается некоторое ееснижение, или установление постоянного значения, или общая деформация срезапревысит 5 мм.

5.1.4.9После окончания испытания следует разрушить образец, извлечь рабочее кольцо собразцом из прибора и отобрать пробы для определения влажности из зоны срезаобразца.

5.1.4.10 В процессеиспытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

Обработка результатов

5.1.6.1 По измеренным впроцессе испытания значениям касательной и нормальной нагрузок вычисляюткасательные и нормальные напряжения τ и σ, МПа, по формулам *:

* Здесь и далее 1 кН/см²= 10 МПа.

(5.1)

(5.2)

где Q и F - соответственнокасательная и нормальная силы к плоскости среза, кН;

А -площадь среза, см².

Определение τнеобходимо проводить не менее чем при трех различных значениях р.

Из каждого значения τвычитают поправку за счет трения в приборе по заранее построенной тарировочнойкривой. При фиксации хода испытаний автоматическими приборами в полученнуюдиаграмму среза также вносят поправку за счет трения в приборе.

По измеренным в процессеиспытания значениям деформаций среза D l, соответствующим различнымнапряжениям t,строят график зависимости D l = f (τ) (см. приложение Б).

За сопротивление грунтасрезу принимают максимальное значение τ, полученное по графику D l = f (τ) или диаграмме срезана отрезке D l, не превышающем 5 мм.

Если τ возрастаетмонотонно, то за сопротивление грунта срезу следует принимать τ при D l = 5 мм.

5.1.6.2 Угол внутреннеготрения φ и удельное сцепление с определяют как параметры линейной зависимости

τ = σ tg φ + c, (5.3)

где τ и σ определяют по формулам (5.1), (5.2).

При проведении повторныхсрезов зависимость (5.3) записывают в виде

τ= σ tg φ + (Σ _w + с_c), (5.4)

где S _w - удельное сцепление, определяемое по испытанию наповторный срез;

с_с - часть общего удельного сцепления с за вычетом S _w.

5.1.6.3 Угол внутреннеготрения jи удельное сцепление с, МПа,вычисляют по формулам:

(5.5)

(5.6)

где τ _i - опытные значениясопротивления срезу, определенные при различных значениях σ _i и относящиеся к одномуинженерно-геологическому элементу или отдельному монолиту грунта (при n ³ 3);

n - число испытаний.

Примечание - Для оценкиразброса экспериментальных данных и выявленияошибок испытаний перед вычислением tg φ и с строятграфик зависимости τ = f (σ) (см. приложениеБ).

МЕТОД ОДНООСНОГО СЖАТИЯ

Сущность метода

5.2.1.1 Испытание грунтаметодом одноосного сжатия проводят для определения следующих характеристикпрочности: предела прочности на одноосное сжатие R для полускальных и водонасыщенных глинистых грунтов; сопротивлениянедренированному сдвигу с_и для водонасыщенных глинистых грунтов.

5.2.1.2 Предел прочности наодноосное сжатие определяют как отношение приложенной к образцу вертикальнойнагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади егопервоначального поперечного сечения.

Примечание - Пределпрочности для образца водонасыщенного грунта, имеющего относительнуювертикальную деформацию в момент разрушения ε > 0,1, определяют с учетом увеличения площади егопоперечного сечения.

5.2.1.3Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения.

Для полускальных грунтоввлажность испытываемого образца должна соответствовать природной влажности,воздушно-сухому или водонасыщенному состоянию, для водонасыщенных глинистыхгрунтов - природной влажности.

5.2.1.4Для полускальных грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром от 40 до100 мм и отношение высоты к диаметру от 1:1 до 2:1 или форму прямоугольногопараллелепипеда с торцевыми гранями размером от 40´40 до 100´100 мм и отношением высоты к размеру ребра торцевых граней от 1:1 до2:1. Торцевые поверхности образца должны быть отшлифованы.

Для глинистых грунтовобразец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношениемвысоты к диаметру 2:1.

Примечания

1 Присоотношении высоты к диаметру (или размеру ребра торцевых граней) 1:1 образецследует изготавливать возможно большего диаметра (или с возможно большимразмером ребра торцевой грани).

2 Образецтрещиноватого или выветрелого полускального грунта должен иметь диаметр (илиразмер ребра торцевой грани) не менее 60 мм.

3 Образец полускального грунта, имеющий сквозные трещины, видимыеневооруженным глазом, не допускается к испытанию.

Оборудование и приборы

В состав установки дляиспытания грунта на одноосное сжатие должны входить:

- механизм для вертикальногонагружения образца (пресс с гидравлическим приводом - для полускальных грунтов,прибор одноосного сжатия ИГП-10 или П-12М - для глинистых грунтов либо другойподходящий пресс);

- устройство для измерениявертикальной деформации образца.

Примечание - Плиты прессадолжны быть отполированы.

Подготовка к испытанию

5.2.3.1 Образец грунтаизготавливают с учетом требований 5.2.1.3 и 5.2.1.4.

Для всех образцов помимоопределения необходимых физических характеристик должны быть отмеченыхарактерные особенности (слоистость, трещиноватость, наличие включений и др.).

5.2.3.2 Образецводонасыщенного глинистого грунта, изготовленный методом режущего кольца,извлекают из кольца с помощью выталкивателя.

5.2.3.3 Образец грунтапомещают в центре опорной плиты пресса (или столика прибора одноосного сжатия)и приводят в соприкосновение с ним верхнюю площадку пресса.

5.2.3.4 Устанавливаютприборы для измерения прикладываемого усилия и перемещения торца образца изаписывают их начальные показания.

Проведение испытания

5.2.4.1 Нагружениеиспытываемого образца грунта производят равномерно, без ударов, увеличиваянагрузку непрерывно с заданной скоростью нагружения или скоростьюдеформирования образца грунта.

Скорость нагружения образцаполускального грунта должна составлять 0,01 - 0,05 МПа/с.

Нагружение образцаглинистого грунта производят со скоростью приращения относительной вертикальнойдеформации образца 0,02 за 1 мин, или скорость нагружения выбирают взависимости от предполагаемой прочности грунта таким образом, чтобы времяпроведения испытания составило 5 - 7 мин.

5.2.4.2 Испытание проводятдо разрушения образца. В случае испытания образца глинистого грунта приотсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительнойвертикальной деформации образца ε =0,15.

5.2.4.3 В процессе испытанияведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

Обработка результатов

5.2.5.1 Предел прочности наодноосное сжатие R, МПа, полускального грунтаи глинистого при e £ 0,1 вычисляют с точностью0,1 МПа по формуле

(5.7)

где F -нагрузка, при которой происходит разрушение, кН;

А ₀ - начальная площадь поперечного сечения образцагрунта, см.

Предел прочности глинистыхгрунтов при ε > 0,1 вычисляют по формуле (5.7), где вместо А ₀ принимают текущую площадь среднего поперечного сеченияобразца А, см²,вычисленную в соответствии с приложением В.

5.2.5.2 Сопротивлениенедренированному сдвигу с, МПа,водонасыщенного глинистого грунта, соответствующее сцеплению грунта принеконсолидированно-недренированном испытании, определяют по значению пределапрочности по формуле

(5.8)

МЕТОД ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ

Сущностьметода

5.3.1.1 Испытание грунтамедом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристикпрочности и деформируемости: угла внутреннего трения φ, удельногосцепления с, сопротивлениянедренированному сдвигу с_и,модуля деформации Е и коэффициентапоперечной деформации v для песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.1.2 Эти характеристикиопределяют по результатам испытаний образцов грунта в камерах трехосногосжатия, дающих возможность бокового расширения образца грунта в условияхтрехосного осесимметричного статического нагружения при σ₁ ³ σ₂ = σ₃,

где σ₁ - максимальное главноенапряжение;

σ₂, σ₃ -минимальные, они же промежуточные главные напряжения.

Результаты испытанийоформляют в виде графиков зависимости деформаций образца от нагрузки иизменения деформаций во времени.

5.3.1.3 Испытаниявертикальной нагрузкой проводят при заданном всестороннем давлении на образецгрунта или заданном среднем нормальном напряжении.

Примечания

1 Значениязаданных всесторонних давлений и средних нормальных напряжений определяют впрограмме испытаний в зависимости от предполагаемого состояния в исследуемомгрунтовом массиве.

Приотсутствии данных значения всестороннего давления могут быть приняты в таблице 5.5.

2 При наличии специального обоснования могут быть приняты другиетраектории нагружения образца грунта при испытаниях.

5.3.1.4 Испытания дляопределения характеристик прочности проводят не менее чем для трех образцовисследуемого грунта при различных значениях всестороннего давления на образец.

Испытания для определенияхарактеристик деформируемости проводят при заданном всестороннем давлении наобразец.

5.3.1.5 Испытания проводятпо следующим схемам:

-неконсолидированно-недренированное испытание - для определения сопротивлениянедренированному сдвигу водонасыщенных глинистых, органо-минеральных иорганических грунтов природной плотности;

-консолидированно-недренированное испытание - для определения характеристикпрочности глинистых, органо-минеральных и органических грунтов внестабилизированном состоянии;

-консолидированно-дренированное испытание - для определения характеристикпрочности и деформируемости любых дисперсных грунтов в стабилизированномсостоянии.

5.3.1.6Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природнойвлажностью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

5.3.1.7Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношениемвысоты к диаметру от 2:1 до 2,5:1.

Оборудование и приборы

5.3.2.1 В состав установкидля испытания грунтов методом трехосного сжатия должны входить:

- камера трехосного сжатия снабором жестких сплошных и перфорированных штампов и уплотнителей к ним;

- устройство для создания,поддержания и измерения давления в камере;

- механизм для вертикальногонагружения образца;

- устройства для измерениявертикальных и объемных деформаций образца;

- приборы для измерениядавления в поровой жидкости образца (устройства, основанные на компенсационномпринципе, и датчики давления высокой жесткости);

- резиновые оболочкитолщиной не более 0,25 мм;

- расширитель для заключенияобразца в резиновую оболочку.

Принципиальная схема камерытрехосного сжатия приведена в приложении Г.

5.3.2.2 Конструкция камерытрехосного сжатия должна обеспечивать:

- боковое расширениеобразца;

- отжатие воды из образца;

- герметичность основныхдеталей;

- минимально возможноетрение штока во втулке камеры.

5.3.2.3 Измерительныеустройства (приборы) должны обеспечивать погрешность:

- при измерении вертикальнойнагрузки на образец - не более 1 % нагрузки при разрушении образца;

- при измерении давления вкамере - не более 2 % заданного;

- при измерении вертикальнойдеформации образца - по ГОСТ 30416;

- при измерении объемных деформацийобразца - не более 0,03 % начального объема образца.

5.3.2.4 Камеру трехосногосжатия тарируют в соответствии с требованиями приложения Д.

Подготовка к испытанию

5.3.3.1 Образец грунтаизготавливают с учетом требований 5.3.1.6 и 5.3.1.7.

Примечание - Дляуменьшения трения в процессе вырезания образца с помощью цилиндрической формыее внутренний диаметр может быть несколько больше внутреннего диаметра режущейкромки.

5.3.3.2Образец грунта ненарушенного сложения, изготовленный методом режущего кольца,извлекают из кольца с помощью выталкивателя, измеряют его диаметр и высоту ивзвешивают.

Торцы образца покрываютвлажными бумажными фильтрами и помещают его между штампами. С помощьюрасширителя, конструкция которого приведена в приложении Е,на образец надевают резиновую оболочку. Закрепляют оболочку на боковыхповерхностях штампов резиновыми или металлическими уплотнителями.

5.3.3.3Образец грунта со штампами помещают на основание камеры. До помещения образцаводонасыщенного грунта систему трубок, подводящих воду к штампам, и отверстия вштампах заполняют дистиллированной дезаэрированной водой до появления ее наповерхности штампов и вытеснения пузырьков воздуха. Излишек воды убираютфильтровальной бумагой.

5.3.3.4 Образец связногогрунта нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности,изготовленный в разъемной форме методом послойного трамбования или под прессом,извлекают из разъемной формы и проводят операции, указанные в 5.3.3.2и 5.3.3.3.

5.3.3.5 При изготовленииобразца несвязного грунта нарушенного сложения на внутреннюю поверхность формыпредварительно помещают резиновую оболочку, концы которой загибают на краяформы. Основанием образца служит штамп, покрытый бумажным фильтром.

5.3.3.6 Образец несвязногогрунта помещают на основание камеры в форме. Концы резиновой оболочкизакрепляют на штампах (5.3.3.2). Затем разъемную форму снимают. Доснятия формы образец вакуумируют с помощью вакуумного насоса, создаваяразрежение не более 0,01 МПа.

5.3.3.7 После помещенияобразца на основание камеры проводят следующие операции:

- корпус камеры с поднятым вверхнее положение штоком устанавливают на основание и проверяют положение штокапо отношению к центру образца;

- корпус камеры закрепляютна основании;

- заполняют камеру рабочейжидкостью (дистиллированной прокипяченной водой) с полным удалением пузырьковвоздуха;

- устанавливают прибор дляизмерения вертикальных деформаций образца;

- присоединяют приборы дляизмерения объемных деформаций образца грунта и (или) давления в поровойжидкости (в зависимости от схемы испытаний);

- записывают начальныепоказания приборов.

Примечания

1 Приизмерении объемных деформаций температура рабочей жидкости не должна менятьсяболее чем на 1 °С.

2 Для грунтов с S_r»1,0 объемные деформации образца грунта могут быть измерены по объему воды,вытесненной из образца.

5.3.5.4Отсчеты по прибору для измерения объемной деформации образца грунта записываютна каждой ступени всестороннего давления в камере, а на конечной ступенидавления:

через 0,5 ч - для песков;

через 1 ч в течение рабочегодня, далее - в начале и в конце рабочего дня до условной стабилизации объемнойдеформации - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.5.5 После уплотненияперекрывают дренаж и проводят испытания образца грунта в соответствии с 5.3.4.2- 5.3.4.6.При этом ступени давления принимают равными 10% заданного всестороннего давления в камере.

5.3.5.6 В процессе испытанияведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

Обработка результатов

5.3.7.1 По результатамиспытания образца грунта в условиях трехосного сжатия вычисляют:

- абсолютную вертикальнуюдеформацию образца грунта D h, мм, с учетом поправки насжатие камеры;

- относительную вертикальнуюдеформацию образца грунта ε₁по формуле

(5.10)

где h -начальная высота образца, мм;

- абсолютную объемнуюдеформацию образца грунта D V, см³, с учетомпоправки на расширение камеры;

- относительную объемнуюдеформацию образца грунта ε _v по формуле

(5.11)

где V -начальный объем образца, см³;

- напряжение σ₁,МПа, по формуле

(5.12)

где F -вертикальная нагрузка, кН;

А -площадь поперечного сечения образца, см²;

σ₃ - всестороннее давление вкамере, МПа;

А_с - площадь поперечного сечения штока, см².

Примечания

1 Принеобходимости вводят поправку на трение штока во втулке камеры.

2 При относительной вертикальной деформации образца грунта,превышающей 0,03, учитывают изменение площади А в процессе испытания.

Для любого момента испытанийплощадь А_i определяют по формулам:

- для недренированногоиспытания

(5.13)

- для дренированногоиспытания

(5.14)

В случае увеличения объемаобразца ε _v принимают со знаком плюс.

5.3.7.2 При определениихарактеристик прочности по вычисленным значениям строят график зависимостиε₁ = f (σ₁- σ₃) для испытаний, проведенных при различных значениях σ₃(приложение Ж).

На графиках определяютзначения (σ₁ - σ₃) ^р,соответствующие моменту разрушения образца грунта (точка перегиба графика) илиотносительной вертикальной деформации образца ε₁ = 0,15.

5.3.7.3 Сопротивлениенедренированному сдвигу с_и,МПа, определяют по результатам неконсолидированно-недренированного испытания поформуле

(5.15)

где и - значения σ₁и σ₃ при разрушении образца, МПа;

п -число испытаний.

5.3.7.4 Угол внутреннеготрения φ и удельное сцепление с,МПа, вычисляют по формулам:

(5.16)