Определение модуля деформации грунта

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

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

. (2.22)

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

. (2.23)

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

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

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

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

I - с плоской подошвой площадью 2500 и 5000 см²;

II - с плоской подошвой площадью 1000 см² с кольцевой пригрузкой

по площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см²;

III - с плоской подошвой площадью 600 см²;

IV - винтовой штамп площадью 600 см².

а) б)

Рис. 2.6. Испытание грунта ста­тическими нагрузками в шурфе

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

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

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

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

Рис. 2.7. График зависимости осадки штампа от давления :

1 – линейная часть графика; 2 – осредняющая прямая

Модуль деформации грунта вычисляют для линейного участка графика по формуле

(2.24)

где – коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,27 – для крупнообломочных грунтов; 0,30 – для песков и супесей; 0,35 – для суглинков; 0,42 – для глин; – коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа h/D (h - глубина расположения штампа относительно поверхности грунта; D – диаметр штампа); – коэффициент, принимаемый равным 0,79 для жесткого круглого штампа; Dp – приращение давления на штамп, равное ; DS – приращение осадки штампа, соответствующее Dp, определяемое по осредняющей прямой.

Коэффициент принимают равным 1 при испытаниях грунтов штампами в котлованах, шурфах и дудках. При испытаниях грунтов винтовым штампом в буровых скважинах ниже забоя и в массиве без бурения скважин коэффициент принимают в зависимости от отношения h/D по ГОСТ 20276-99.

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

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

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

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