Компрессионное сжатие. Метод ступенчатого нагружения.
Нормативная документация: ГОСТ 12248.4—2020
Краткое описание метода
Компрессионное (одометрическое) сжатие— стандартизированный метод лабораторного определения деформационных характеристик грунтов под осевой нагрузкой без возможности бокового расширения. Основным стандартом, регламентирующим проведение испытаний, является 12248.4—2020 «Грунты. Определение характеристик деформируемости методом компрессионного сжатия». Дополнительные требования к интерпретации результатов для строительных расчетов содержатся в СП 22.13330.2016 (актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83) .
Суть метода
Суть метода заключается в ступенчатом нагружении образца грунта в жестком кольце с измерением вертикальных деформаций (осадок) до условной стабилизации на каждой ступени. Результаты испытания представляются в виде компрессионной кривой (зависимость коэффициента пористости e от давления p, или зависимость относительной деформации ε от давления p).
На основании данных испытаний рассчитываются следующие параметры деформируемости грунта:
| Наименование модуля деформации | Обозначение | Единица измерения |
|---|---|---|
| Модуль деформации секущий |
Eoed | МПа |
| Модуль деформации касательный |
Ekoed | МПа |
| Модуль деформации компрессионный |
Ek | МПа |
| Модуль деформации приведенный к штамповому (трехосному) по СП 22.13330 - 2011 |
E | МПа |
| Модуль деформации приведенный к штамповому (трехосному) по СП 22.13330 - 2016 |
E | МПа |
Теоретические основы метода
Метод имитирует работу грунта под «условно бесконечным» (достаточно большим, чтобы можно было пренебречь краевыми эффектами) фундаментом в условиях невозможности бокового расширения (одномерная задача). При компрессионных испытаниях нагружение образца проводят путем ступенчатого нагружения статической нагрузкой. Ступени нагрузки прикладывают равномерно. При испытании песков, в том числе заторфованных и с примесью органического вещества, первую ступень давления σ1, принимают в зависимости от коэффициента пористости е по таблице 1. А при испытании глинистых грунтов — в зависимости от показателя текучести lL по таблице 2. Последующие ступени давления принимают путем удвоения значения предыдущей ступени.
ГОСТ 12248.4—2020 — Таблица 1 — Значение первой ступени давления в зависимости от коэффициента пористости
| Коэффициент пористости e | >= 1,0 | 1 > e >= 0,75 | 0,75 > e >= 0,6 | e <= 0,6 |
|---|---|---|---|---|
| Первая ступень давления σ1, МПа | 0,005 | 0,0125 | 0,025 | 0,05 |
ГОСТ 12248.4—2020 — Таблица 2 — Значение первой ступени давления в зависимости от показателя текучести
| Показатель текучести IL | IL >= 1,0 | 1,0 > IL >= 0,75 | 0,75 > IL > 0,5 | 0,5 > IL > 0,25 | IL < 0,25 |
|---|---|---|---|---|---|
| Первая ступень давления σ1, МПа | 0,005 | 0,0125 | 0,025 | 0,05 | 0,1 |
На каждой ступени нагрузки давление поддерживается постоянным до достижения условной стабилизации деформации:
ГОСТ 12248.4—2020 — Таблица 3 — Время условной стабилизации деформации образца
| Грунты | Время условной стабилизации деформации образца, ч |
|---|---|
| Пески | 0,5 |
| Глинистые: | |
| - супеси | 3 |
| - суглинки с Iр < 12 % | 6 |
| - суглинки с Iр ≥ 12 % | 12 |
| - глины с Iр < 22 % | 12 |
| - глины с Iр ≥ 22 % | 18 |
| Органоминеральные и органические | 24 |
| П р и м е ч а н и е — Время условной стабилизации деформации образцов крупнообломочных грунтов принимается по составу заполнителя. |
Полученная компрессионная кривая (e-p) позволяет вычислить ключевые параметры деформируемости грунта.
Рисунок 1. Типовая компрессионная кривая (e-p) с выделенными участками нагружения.
Вычисляемые в программе параметры
Программа автоматически рассчитывает следующие деформационные характеристики на основе данных испытаний:
| Параметр | Обозначение | Единицы измерения | Расчет |
|---|---|---|---|
| Секущий модуль деформации | Eᵒᵉᵈ |
МПа | Eᵒᵉᵈ = (pᵢ - pᵢ₋₁) / (εᵢ - εᵢ₋₁) |
| Касательный модуль деформации | Eᵏᵒᵉᵈ |
МПа | Производная кривой σ-ε в точке |
| Компрессионный модуль | Eₖ |
МПа | Eₖ = Eᵒᵉᵈ * β, где β — коэффициент учета бокового расширения, зависящий от типа грунта: 0,8 - для песков, 0,7 - для супесей, 0,6 - для суглинков, 0,4 - для глин |
| Приведенный модуль | E |
МПа | E = Eᵒᵉᵈ * mᵒᵉᵈ, или E = Ek * mk где mᵒᵉᵈ — Повышающий коэффициент для четвертичных глинистых грунтов по СП 22.13330.2016, mᵒᵉᵈ - Повышающий коэффициент для четвертичных глинистых грунтов по СП 22.13330.2011 |
Пояснения:
-
E<sub>oed</sub>(секущий) — определяется для интервала давлений между двумя соседними ступенями нагрузки. -
E<sub>koed</sub>(касательный) — характеризует мгновенную деформируемость грунта в конкретной точке кривой. -
E<sub>k</sub>(компрессионный) — связан с коэффициентом сжимаемостиEₖ= E<sub>oed</sub> * β. -
E(приведенный) — определяется путем применения повышающих коэффициентов кE<sub>oed</sub>. Находится двумя путями - по СП 22.13330.2016 и СП 22.13330.2011. Результат идентичен, однако в ходе вычислений по СП 22.13330.2011 вычисляетсяE<sub>k</sub>
Приведенные модули деформации (СП 22.13330)
Для перехода от лабораторных условий к реальным в программе применяются повышающие коэффициенты:
По СП 22.13330.2011. Таблица 5.1
Ek = Eoed*β
где β — коэффициент учета бокового расширения, зависящий от типа грунта: 0,8 - для песков, 0,7 - для супесей, 0,6 - для суглинков, 0,4 - для глин
E = Ek * mk Значения коэффициента mk при коэффициенте пористости e
| Грунты / e | 0,45 - 0,55 | 0,65 | 0,75 | 0,85 | 0,95 | 1,05 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Супеси | 4 | 3,5 | 3 | 2 | — | — |
| Суглинки | 5 | 4,5 | 4 | 3 | 2,5 | 2 |
| Глины | — | 6 | 6 | 5,5 | 5 | 4,5 |
Примечание: Для промежуточных значений e коэффициент mk определяют интерполяцией.
По СП 22.13330.2016 Таблица 5.1
E = Eoed* moed
Значения коэффициента moed при коэффициенте пористости e
| Грунты / e | 0,45 - 0,55 | 0,65 | 0,75 | 0,85 | 0,95 | 1,05 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Супеси | 2,8 | 2,5 | 2,1 | 1,4 | - | - |
| Суглинки | 3 | 2,7 | 2,4 | 1,8 | 1,5 | 1,2 |
| Глины | - | 2,4 | 2,4 | 2,2 | 2 | 1,8 |
Примечание: Для промежуточных значений e коэффициент moed определяют интерполяцией.