ГлавнаяИсследование сжимаемости грунта производится в лабораторных или в полевых условиях.
В лабораториях исследование грунта на сжатие производится в компрессионном приборе (рис. 10, а). Образец грунта 1 помещается в металлическое кольцо 2 прибора между поршнем 3 и пористым дном 4, через которые может фильтроваться содержащаяся в образце свободная вода. При передаче на поршень 3 прибора возрастающей ступенями (по 0,5 кг/см2) нагрузки создается сжатие грунта. Полное давление, доводится до 6—8 кг/см2. Деформация образца отмечается индикатором 6.
Каждая ступень нагрузки выдерживается до прекращения деформации, т. е. до стабилизации осадки образца грунта. В песчаных грунтах этот процесс проходит быстро, и время стабилизации измеряется минутами, а в глинистых грунтах может длиться несколько дней.
Ступени нагрузки и соответственные деформации образца наносят на график, откладывая по оси абсцисс давления р в кг/см2, а по оси ординат — деформации сжатия в виде изменения коэффициента пористости е образца (рис. 10, б).
Коэффициент пористости для каждой ступени нагрузки определяется по величине относительной деформации, полученной при испытании образца, которая равна
где А — величина абсолютной вертикальной деформации укорочения образца;
h — высота образца, см.
При этом считается, что деформация образца происходит только за счет изменения объема пор в грунте, а твердые частицы грунта несжимаемы.
Тогда для начального состояния, т. е. до приложения нагрузки, объем образца и коэффициент пористости грунта будут выражаться так:
Здесь F — площадь образца, см3;
е0 — начальный коэффициент пористости.
Для деформированного образца (после приложения нагрузки) уменьшение объема образца будет: AF = ehF, а коэффициент пористости будет равен
Таким образом, получается компрессионная кривая, т. е. кривая зависимости между нагрузкой и коэффициентом пористости.
На этой кривой образца грунта с ненарушенной структурой иногда можно выделить почти прямолинейный начальный участок AB, отражающий естественное уплотнение грунта, которое он приобрел в условиях природного залегания.
При давлении, превосходящем природное, рост деформации ускоряется. Этим и объясняется изменение характера кривой в точке В.
Для образцов грунта с нарушенной структурой участок AB на компрессионной кривой отсутствует.
Кривая разгрузки не совпадает с кривой нагружения, а проходит ниже ее (рис. 10, б).
Обе ветви компрессионной кривой по своему очертанию имеют вид гипербол.
В небольшом промежутке изменения давления, например, от р1 до р2, участок кривой можно заменить отрезком прямой CD. Тогда в пределах этого участка зависимость между коэффициентом пористости е и давлением р выразится таким уравнением
где е0 — отрезок, отсекаемый продолжением прямой на вертикальной оси;
a = tg а — коэффициент уплотнения, или коэффициент сжимаемости грунта в данном интервале изменения давления. Размерность коэффициента уплотнения см2/кг.
Коэффициент уплотнения можно определить через значения е и р для крайних точек C и D прямолинейного отрезка компрессионной кривой
В зависимости от величины коэффициента сжимаемости грунты могут быть:
Компрессионный прибор имеет существенный недостаток. Вследствие трения грунта о боковую поверхность цилиндра сжимаемость грунта получается несколько иная, чем в естественных условиях.
Это влияние жестких боковых стенок устраняется в приборе трехосного сжатия, называемом стабилометром (рис. 11).
Особенность конструкции стабилометра заключается в том, что пространство между резиновой оболочкой 2, в которой находится образец грунта 1, и жесткими стенками металлического цилиндра 5 наполняется водой или другой жидкостью 4 и герметически закупоривается. Таким образом, деформация сжатия проходит без трения грунта о боковые стенки прибора.
При действии внешней вертикальной нагрузки в грунте возникает горизонтальное (боковое) давление, увеличение которого прямо пропорционально увеличению вертикальной нагрузки.
При испытании грунта в стабилометре определяется боковое давление, передаваемое образцом грунта на жидкость, которое регистрируется манометром 6. Исходя из этого давления, на основании обобщенного закона Гука по формуле (15) определяется коэффициент поперечного расширения грунта или коэффициент Пуассона u.