Испытание грунта методом компрессионного сжатия по ГОСТ 12248-96 проводят для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости модуля деформации структурной прочности на сжатие коэффициентов фильтрационной и вторичной консолидации и для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов с показателем текучести 0,25, органо-минеральных и органических грунтов, относительного суффозионного сжатия и начального давления суффозионного сжатия для засоленных (содержащих легко- и среднерастворимые соли) песков (кроме гравелистых), супесей и суглинков.

Все перечисленные параметры, в том числе и приведенные ниже в табл. 1, используются при проектировании оснований сооружений с использованием решений, которые описаны в соответствующих СНиП и СП. В случае расчета консолидации оснований с использованием численных методов (программ Plaxis, Crisp, Z-Soil, CivilFEM, ABAQUS, LS-DYNA и др.) необходимо определить коэффициенты компрессии , , при нагрузке и разгрузке, давление предварительного уплотнения и коэффициент переуплотнения OCR.

Схема испытания образцов грунта в условиях невозможности бокового расширения показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема испытания образца в одометре

Табл. 1. Параметры, определяемые из компрессионных испытаний, используемые при расчете оснований зданий и сооружений

Наименование параметров

Обозначение и размерность

ГОСТ

Параметры сжимаемости

Модуль общей деформации

, МПа

1248-96

Упругий модуль деформации

, МПа

По ветви разгрузки

Давление предварительного уплотнения

, МПа

Метод Казагранде и др.

Коэффициент компрессии при нагружении

или 1/МПа

12248-96

Коэффициент компрессии при разгрузке

, 1/МПа

По ветви разгрузки

Коэффициент бокового давления

Прибор с измерением боковых напряжений

Коэффициент Пуассона

1248-96

Структурная прочность

, кПа

1248-96

Коэффициент переуплотнения

OCR

Из испытаний в одометре

Параметры консолидации

Коэффициент первичной консолидации при односторонней и двухсторонней фильтрации

см2

1248-96

Коэффициент вторичной консолидации

см2

1248-96

Коэффициент фильтрации

, см/с

25584-83

Просадочные грунты

Относительная просадочность

23161-78

Начальное просадочное давление

, кПа

23161-78

Набухающие грунты

Свободное набухание

24143-80

Набухание под нагрузкой

24143-80

Давление набухания

,кПа

24143-80








Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах) или компрессионно-фильтрационных приборах (для определения характеристик суффозионного сжатия), исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой.

Конструкция компрессионных приборов ООО «Геотек» показана на рис. 2, 3.

Рис. 2. Компрессионный приборы: а - стандартный прибор (статическое нагружение); б - прибор с измерением боковых напряжений (статическое нагружение)

Рис. 3. Компрессионный прибор с заданной скоростью деформации и измерением порового давления

В настоящее время используются различные виды компрессионных испытаний, в зависимости от типа решаемой инженерной задачи. В табл. 2 приведены основные типы компрессионных приборов, методы испытаний грунтов в этих приборах и их особенности, а в табл. 3 схемы приборов применяемые в России и за рубежом.

Табл. 2. Типы компрессионных приборов

Тип компрессионного прибора

Методы испытаний

Особенности

Прибор со статическим нагружением

ГОСТ 12248-96,

ASTM D 2435

· измерение вертикальной деформации и нормального давления;

· измерение порового давления;

· измерение скорости волны сдвига;

· создание обратного давления;

· измерение давления набухания;

Прибор с постоянной скоростью деформации (CRS)

ASTM D4186

Прибор с измерением релаксации напряжений

(А.Н.Труфанов, патент №

ххххххх

Релаксация напряжений

Приборы с измерением боковых напряжений

Дополнительно к предыдущему измерение боковых напряжений

Компрессионно-фильтрационные приборы

Измерение проницаемости грунтов

Табл. 3. Схемы типов компрессионных приборов и результаты испытаний

Конструкция одометра

Зависимости из данных испытаний

Стандартный компрессионный прибор

Компрессионный прибор с измерением боковых напряжений

Компрессионно-фильтрационный прибор

Компрессионный прибор для испытаний с заданной скорость деформации (CRS, ASTM D4186)

В большинстве случаев в геотехнических лабораториях проводятся компрессионные испытания при ступенчатом нагружении, с выдержкой каждой ступени до стабилизации вертикальной деформации (ГОСТ 12248-96). Испытания продолжаются до нескольких дней, иногда и недель. Приборы с нагружением с постоянной скоростью деформации или с оценкой стабилизации деформаций по степени релаксации напряжений позволяют значительно сократить сроки испытаний от нескольких дней до нескольких часов (ASTM D4186).

Компрессионные приборы ООО «Геотек» входят в состав ИВК АСИС. В процессе автоматизированных испытаний измеряются параметры, приведенные в табл.

 

Табл. 4. Датчики и контролируемые параметры

Датчики

Измерение/контроль

Разрешение

Датчик силы

Вертикальное напряжение

0,2 кПа

Датчики давления

Поровое и боковое давление

0,05 кПа

Датчик вертикальных перемещений LVDT

Осевая деформация

CRS, ASTM D4186)

В большинстве случаев в геотехнических лабораториях проводятся компрессионные испытания при ступенчатом нагружении, с выдержкой каждой ступени до стабилизации вертикальной деформации