Важная заўвага эксперта: Гэты артыкул з’яўляецца архіўным адукацыйным аглядам і не з’яўляецца геатэхнічным даследаваннем, сапраўдным лабараторным стандартам, разлікам падмурка або інструкцыяй па эксплуатацыі. Арыгінальныя тэрміны, працэдуры, адзінкі вымярэння, значэнні, класіфікацыі і спасылкі на «нашы правілы» былі перададзены без праверкі адпаведнасці дзеючым стандартам і правілам. Выпрабаванне глебы, выбар метаду, інтэрпрэтацыя вынікаў і праектныя рашэнні павінны праводзіцца ўпаўнаважанымі геатэхнічнымі экспертамі і адпаведнай лабараторыяй для канкрэтнага аб’екта і месца.
Тэма сціскальнасці глебы не з’яўляецца часткай новай публічнай прапановы Саво Кусіча. Цяперашняя вытворчасць складаецца з драўляных вокнаў, дрэва-алюмініевых вокнаў і дзвярэй на заказ. Для канкрэтнага праекта вокнаў або дзвярэй вы можаце адправіць запыт цытаты.
Аснова тэсту одометра
Сціскальнасць глебы вызначаецца выпрабаваннем на сцісканне з прадухіленнем бакавога пашырэння, якое таксама называецца выпрабаваннем одометрам або выпрабаваннем на кансалідацыю.
Тэст праводзіцца з непарушанымі ўзорамі, а ў некаторых выпадках і з парушанымі. У першым выпадку доследная проба бярэцца шляхам уціскання металічных кольцаў у больш буйны непарушаны ўзор, які затым разам з кольцам падаецца ў апарат пасля адразання лішняга ўзору і выраўноўвання яго паверхняў з краямі цыліндру. У другім выпадку кольца запаўняецца ўзорам у стане кансістэнцыі на мяжы цякучасці і ў такім стане ўводзіцца ў эдометр.
Тэст праводзіцца з дапамогай апарата, які быў упершыню пабудаваны Тэрцагі і называецца эдаметрам. Сёння існуе некалькі розных канструкцый гэтага апарата, але ўсе яны заснаваныя на адным і тым жа прынцыпе, правяраючы сціск узору грунту пад нагрузкай з прадухіленнем бакавога пашырэння.
Одаметр: апісанне прылады
Мал. 1. Адометр
Эдометр складаецца з металічнага цыліндра, у якім узор знаходзіцца паміж двума фільтруючымі камянямі (мал. 1). Узор уводзіцца ў апарат у металічным кольцы дыяметрам 7-10 cm і вышынёй 1-4 cm. Нагрузка P перадаецца ўзору праз верхні фільтруючы камень. Ніжэй ніжняга каменя фільтра ў ніжняй частцы цыліндру ёсць каналы для адводу вады з пробы ў капілярную трубку, а таксама для падачы вады. Так як сціск узору адбываецца за кошт пор, таму што цвёрдыя часціцы глебы і вада ў порах практычна не сціскаюцца, неабходна забяспечыць сцяканне вады з узору падчас выпрабаванні, што становіцца магчымым з дапамогай фільтруючага каменя, канала і капілярнай трубкі.
З левага боку прылады знаходзіцца труба падачы вады з кранам перад цыліндрам, у той час як капілярная трубка знаходзіцца справа, з кранам за цыліндрам. Капілярная трубка таксама выкарыстоўваецца для вызначэння каэфіцыента водапранікальнасці глебы k.
Экзамен
Калі ўзор змешчаны ў цыліндр і апарат сабраны, зачыніце левы кран, падачу вады, і адкрыйце правы кран, каб вада сцякала ў капілярную трубку. Затым набліжаецца да нагрузкі ўзору, якая наносіцца паступова. Звычайна прымяняюцца наступныя нагрузкі: 0,50; 1,00; 2,00; 4,00; 6,00 кп/см2 і далей да самай высокай чаканай нагрузкі на глебу пад будынкам, у асноўным да 10 кп/см2, а для дамбаў гэта можа быць яшчэ больш да 20 кп/см2. На кожным узроўні нагрузкі ў момант яе прымянення запускаецца секундамер і праз пэўныя прамежкі часу 15“, 30“, 1’, 2’, 5’, 15’, 45’, 2h, 5h, 24h, затым праз кожныя наступныя 24h, да кансалідацыі ўзору пры гэтай ступені нагрузкі, адпаведная асадка ў тысячных долях міліметра счытваецца на кампаратары і запісваецца ў запіс. Для кансалідацыі мяркуецца, што яна была дасягнута, калі асяданне ўзору Δh ≤ 0,02 mm за час 24 гадзіну. Пасля дасягнення кансалідацыі прымяняецца наступны ўзровень нагрузкі, і ўся працэдура паўтараецца такім жа чынам, і гэтак далей да канчатковага ўзроўню нагрузкі.
Выпрабаванне кансалідацыі з прадухіленнем бакавога пашырэння праводзіцца з нагрузкай і разгрузкай, каб вызначыць пругкія ўласцівасці грунту. Загрузіўшы ўзор да пэўнай ступені, мы разгружаем яго з такой жа паступовасцю, як і загрузілі. Палёгку звычайна робяць пасля 2,0 кп/см2, 4,0 кп/см2 і 6,0 кп/см2.
Як правіла, тэст праводзіцца з узорам пад вадой, які трымаецца на левай шкляной трубцы на вышыні верхняй паверхні ўзору ў прыладзе. Выпрабаванне сціскальнасці ўзору ў прысутнасці вады праводзіцца па гэтай прычыне, таму што выпрабаванне займае шмат часу, і ўзор высыхае за гэты час, у выніку чаго сціскальнасць узору будзе ніжэй, чым фактычная сціскальнасць глебы ў яе натуральным стане вільготнасці. Акрамя таго, натуральная вільготнасць глебы можа быць вышэй, чым яна была ў момант адбору пробаў, асабліва калі ўзровень грунтовых вод падымаецца, што можа прывесці да значнага адхілення ад фактычнай сціскальнасці глебы ў перыяд высокага ўзроўню вады.
Вынікі выпрабаванняў прымяняюцца да трох тыпаў дыяграм, а менавіта да дыяграмы адноснага сціску, дыяграмы змены каэфіцыента сітаватасці і дыяграмы разлікаў па часе.
Дыяграма адноснага сціску
Гэтая дыяграма атрымліваецца, калі да ўзору прыкладваецца нармальны ціск па восі абсцыс σ = P/A, дзе P — нагрузка, якая дзейнічае на ўзор праз верхні камень фільтра ў кп/см 2, A — плошча папярочнага сячэння ўзору ў прыладзе, а па восі ардынат — адноснае сцісканне Δh/h, дзе Δh - гэта асадка ўзору пад нагрузкай Δσ падчас кансалідацыі, h вышыня ўзору перад нагрузкай (мал. 2).
Мал. 2. Дыяграма адноснага сціску
Падчас загрузкі атрымліваецца дыяграма першаснага сціску a.
Пры разгрузцы, калі ўключаны бесперашкодны забор вады, так што ўзор заставаўся пад вадой падчас разгрузкі, ён вяртаецца ў зыходны стан, гэта значыць набраканне. Аднак узор не вяртаецца ў зыходны стан, а гэта азначае, што ён акрамя пругкай падвергся пластычнай (пастаяннай) дэфармацыі. Такім чынам, у дадзеным выпадку пры разгрузцы атрымліваецца дыяграма набракання b. Аднак, калі выпрабаванне праводзілася без паступлення вады, замест дыяграмы набракання з’яўляецца так званая дыяграма пругкасці.
Калі ўзор загружаецца зноў пасля разгрузкі, атрымліваецца другасная дыяграма сціску c. Дыяграма набракання і дыяграма другаснага сціску c утвараюць паміж сабой пятлю гістарэзісу. У гліне завесы гістэрэзісу значныя і таму дэфармацыі ў зоне набракання і другаснага сціску (дыяграмы b і c) лічацца не пругкімі, а зварачальным, так як яны не прапарцыйныя нагрузцы па законе Гука. Дэфармацыі ў зоне першаснага сціску (дыяграма а) у той частцы, дзе яны не вярнуліся, з’яўляюцца пастаяннымі (незваротнымі).
Модуль сціскальнасці глебы
З дыяграмы адноснага сціску мы атрымліваем у адпаведнасці з законам Гука, аналагічна модулю пругкасці Юнга E для пругкага матэрыялу, модуль сціскальнасці глебы Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [кп/см2],
, дзе Δσ — прырост нагрузкі, Δh/h — адпаведнае адноснае сцісканне, якое ўзята з першаснай дыяграмы сціску a (мал. 2).
Модуль сціскальнасці грунту Ms адрозніваецца ад модуля пругкасці E пругкага матэрыялу, таму што Ms не з’яўляецца пастаянным для аднаго і таго ж матэрыялу, але з’яўляецца зменлівым і павялічваецца з нармальнай нагрузкай σ. Такім чынам, адно канкрэтнае значэнне модуля сціскальнасці Ms можа быць дадзена толькі для аднаго вузкага інтэрвалу нармальнай нагрузкі на грунт Δσ. Калі значэнне модуля Ms вышэй, то сціскальнасць грунта ніжэй і наадварот. Згодна з нашымі правіламі заснавання, прыняты наступны крытэрый для модуля сціскальнасці грунта ў яго натуральным стане:
Прыведзеная ніжэй класіфікацыя ўзята з арыгінальнага тэксту, уключаючы паўтаральны інтэрвал 100-400 кп/см2. Ён не быў правераны і не ўзгоднены з дзеючымі правіламі.
Ms = 0 - 20 кп/см2 надзвычай сціскальная глеба
Ms = 20 - 50 кп/см2 вельмі сціскальная глеба
Ms = 50 - 100 кп/см2 грунт сярэдняй сціскальнасці
Ms = 100 - 400 кп/см2 менш сціскальная глеба
Ms = 100 - 400 кп/см2 злёгку сціскальная глеба
Ms = 400 - 1000 кп/см2 злёгку сціскальная глеба
Ms > 1000 кп/см2 глеба з вельмі нізкай сціскальнасцю.
Модуль пругкасці глебы
Такім жа чынам мы атрымліваем модуль пругкасці глебы E:
E = Δσ / (Δh/h) [кп/см2],
, дзе адноснае прырашчэнне сціску Δh/h бярэцца з дыяграмы пругкасці глебы для адпаведнага нармальнага прырашчэння ціску Δσ.
Нармальны кансалідаваны і празмерна кансалідаваны грунт
Мал. 3. Дыяграма змяненняў каэфіцыента сітаватасці парушанага ўзору глебы
Калі мы праводзім тэст на одометре з узрушаным узорам, які мы ўвялі ў прыбор на мяжы цякучасці, і наносім вынікі тэсту на дыяграму змены каэфіцыента сітаватасці e у залежнасці ад ціску σ (мал. 3), паток кансалідацыі будзе прадстаўлены дыяграмамі 1 для асноўнай нагрузкі, 2 для разгрузкі, 3 для другаснай нагрузкі да мяжы a пашырэння асноўнай нагрузкі σa і 4 за гэтай мяжой.
Дыяграма разгрузкі 2 і другасная дыяграма сціску 3 утвараюць пятлю гістэрэзісу, за якой дыяграма 4 працягваецца ў працяг дыяграмы 1, без перапынку, як калі б не было разгрузкі і перазагрузка.
Мал. 4. Дыяграма змены каэфіцыента сітаватасці непарушанага ўзору глебы
Аднак, калі мы праводзім тэст на одометре такім жа чынам, як і раней, з непарушаным узорам, узятым з пэўнай глыбіні глебы (мал. 4), дыяграма другаснай нагрузкі 3 пакажа разрыў σb у пункце b пры пэўнай нагрузцы, пасля чаго дыяграма 4 будзе мець большы нахіл. Гэты пералом адбыўся таму, што глеба, з якой быў узяты ўзор, знаходзілася пад большай нагрузкай p=γt, чым нагрузка ўзору σ у эдаметры. Большая нагрузка p узнікае з-за вагі існуючых верхніх слаёў глебы на паверхню мясцовасці, якую мы называем ціскам на глебу, або з-за нагрузкі на ранейшыя слаі глебы, вынесеныя з цягам часу эрозіяй, або ад марэннай глебы або лёду, што мы называем папярэдняй нагрузкай. З’яўленне празмернага ўшчыльнення асабліва характэрна для гліны, дзе мы адрозніваем нармальна кансалідаваную і празмерна кансалідаваную гліну.
Звычайна кансалідаваная гліна
Звычайна кансалідаваная гліна знаходзіцца на меншай глыбіні пад паверхняй зямлі, якая раней не падвяргалася папярэдняй нагрузцы. Узор гэтай гліны, загружаны ў одометр з нагрузкамі, большымі, чым вага верхніх слаёў «ціску глебы», паказвае бесперапынны паток кансалідацыі, без перапынкаў у дыяграме адноснага сціску або ў дыяграме змены каэфіцыента сітаватасці. Асадка гэтай гліны пад нагрузкай аб’екта нармальная, г.зн. пры пэўнай нагрузцы асяданне з часам памяншаецца.
Сверхупрочненная гліна
Сверхупрочненная гліна знаходзіцца на большай глыбіні або раней падвяргалася папярэдняй нагрузцы. Узор гэтай гліны, загружаны ў эдаметр з ціскам, большым за ціск глебы або папярэднюю нагрузку, паказвае разлом на дыяграме адноснага сціску або на дыяграме змены каэфіцыента сітаватасці, т.зв. геалагічны разлом g, з моцнай зменай напрамку (мал. 5a). Асадка гэтай гліны пад канструкцыяй невялікая пры нагрузках ніжэйшых за ціск глебы або папярэднюю нагрузку σ1, але становіцца значна большай пры нагрузках вышэй σ1.
Калі геалагічны разрыў выразна не вызначаны, то ён вызначаецца з дапамогай датычных да дыяграмы (мал. 5b).
Мал. 5. Дыяграма змяненняў каэфіцыента сітаватасці звышкансалідаванай гліны
Дыяграма разліку часу
Гэтую дыяграму, таксама званую дыяграмай кансалідацыі, атрымліваюць, калі для кожнай ступені нагрузкі ўзору ў одометре час t у гадзінах прымяняецца да восі абсцыс, а асадка ў мм (мал. 6a) або ў % ад агульнай асадкі (мал. 6b) прымяняецца да восі ардынат. вось.
Мал. 6. Дыяграма разлікаў па часе
Незвязаныя і звязаныя глебы паводзяць сябе па-рознаму пад нагрузкай. Сыпкія глебы, напрыклад пяскі, маюць вялікія пары, з якіх пры нагрузцы хутка выціскаецца вада, у выніку чаго глеба хутка асядае, прычым найбольшая асадка адбываецца ў пачатку нагрузкі і дасягае канчатковага асадкі пры дадзенай нагрузцы за адносна кароткі прамежак часу. Звязныя глебы, такія як гліна, маюць невялікія пары, з якіх ваду цяжка выціснуць пад нагрузкай. У часавым працэсе асядання ўшчыльненага грунту вылучаюць дзве фазы. На першай фазе, адразу пасля падачы нагрузкі на глебу, паколькі вада не можа выцякаць з пор, яна напружваецца і атрымлівае ўсю прыкладзеную нагрузку. На другім этапе вада з напружаных пор пачынае выціскацца пад уласным напружаннем за кошт нагрузкі, якая паступова пераходзіць на цвёрдыя часціцы глебы. На гэтай другой фазе часціцы збліжаюцца, а пары звужаюцца. Працэс асядання працягваецца да таго часу, пакуль вада пад ціскам не будзе выцеснена з пор, гэта значыць пакуль напружаны стан вады ў порах не перастане існаваць. Такім чынам, умацаванне глебы - гэта перш за ўсё гідрадынамічная задача, якая залежыць ад пранікальнасці і сітаватасці глебы. У выпадку гліны, пранікальнасць якой нізкая, працэс кансалідацыі можа заняць вельмі шмат часу, і, акрамя таго, асадкі могуць быць значна большымі з-за больш высокай агульнай сітаватасці, чым у выпадку пяску. На аснове кансалідацыйнага тэсту можна разлічыць час разлікаў за ўвесь час кансалідацыі і па асобных этапах.