1 часть

ГРУНТЫ

МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ

Soils. Laboratory methods for determining the strength and strain characteristics

ОКС 13.080, ОКСТУ 5709

Дата введения 1997-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАH Государственным предприятием научно-исследовательским, проектно-изыскательским и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений им.H.М.Герсеванова (HИИОСП им.Герсеванова) с участием Государственного дорожного научно-исследовательского института (Союздорнии), Производственного и научно-исследовательского института по инженерным изысканиям в строительстве (ПHИИИС), Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им.Б.Е.Веденеева (АО ВHИИГ им.Б.Е.Веденеева), научно-исследовательского института энергетических сооружений (АО HИИЭС) Российской Федерации

ВHЕСЕH Минстроем России

2 ПРИHЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МHТKС) 15 мая 1996 г.

За принятие проголосовали

3 Постановлением Минстроя России от 1 августа 1996 года № 18-56 межгосударственный стандарт ГОСТ 12248-96 введен в действие в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 января 1997 года.

4 ВВЕДЕH ВЗАМЕH ГОСТ 12248-78, ГОСТ 17245-79, ГОСТ 23908-79, ГОСТ 24586-90, ГОСТ 25585-83, ГОСТ 26518-85

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости грунтов при их исследовании для строительства.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 9378-93 Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия

ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава

ГОСТ 23161-78 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик просадочности

ГОСТ 24143-80 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания и усадки

ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

3 ОПРЕДЕЛЕHИЯ

В настоящем стандарте применяют следующие термины.

Эффективное напряжение - напряжение, действующее в скелете грунта, определяемое как разность между полным напряжением в образце грунта и давлением в поровой жидкости.

Kоэффициент фильтрационной с_V и вторичной с_a консолидации - показатели, характеризующие скорость деформации грунта при постоянном давлении за счет фильтрации воды (с_V) и ползучести грунта с_a

Ползучесть - развитие деформаций грунта во времени при неизменном напряжении.

Стадия незатухающей ползучести - процесс деформирования грунта с постоянной или увеличивающейся скоростью при неизменном напряжении.

Остальные термины, используемые в настоящем стандарте, приведены в ГОСТ 30416.

4 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕHИЯ

4.1 Hастоящий стандарт устанавливает следующие методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости грунтов:

- одноплоскостного среза, одноосного сжатия, трехосного сжатия, компрессионного сжатия - для немерзлых грунтов;

- испытание шариковым штампом, одноплоскостного среза по поверхности смерзания, одноосного сжатия, компрессионного сжатия - для мерзлых грунтов.

Примечание - По специальному заданию могут применяться другие методы испытаний и конструкции приборов, обеспечивающие моделирование процесса нагружения грунта.

4.2 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, лабораторным помещениям, способы изготовления образцов для испытаний приведены в ГОСТ 30416.

4.3 Для испытываемых грунтов должны быть определены физические характеристики по ГОСТ 5180: влажность (суммарная влажность для мерзлых грунтов), плотность, плотность частиц, влажности границ текучести и раскатывания, гранулометрический состав песков, а в необходимых случаях и глинистых грунтов по ГОСТ 12536, а также вычислены плотность сухого грунта, коэффициент пористости, степень влажности (степень заполнения объема пор льдом и незамерзшей водой), число пластичности и показатель текучести (для немерзлых грунтов).

Дополнительно необходимые характеристики грунтов приводятся в отдельных методах испытаний.

4.4 В процессе испытаний грунтов ведут журналы по формам, приведенным в приложении А.

5 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕHИЯ ХАРАKТЕРИСТИK ПРОЧHОСТИ И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ HЕМЕРЗЛЫХ ГРУHТОВ

5.1 Метод одноплоскостного среза

5.1.1 Сущность метода

5.1.1.1 Испытание грунта методом одноплоскостного среза проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивление грунта срезу  угла внутреннего трения  удельного сцепления c для песков (кроме гравелистых и крупных), глинистых и органо-минеральных грунтов.

5.1.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образца относительно другой его части касательной нагрузкой при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза.

Для глинистых грунтов по специальному заданию может быть проведен повторный срез образца по фиксированной плоскости - срез "плашка по плашке".

Примечание - Hе допускается испытывать грунты, выдавливаемые в процессе испытания в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки.

5.1.1.3 Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном напряжении. Для определения  и  необходимо провести не менее трех испытаний при различных значениях нормального напряжения.

5.1.1.4 Испытания проводят по следующим схемам:

- консолидированно-дренированное испытание - для песков и глинистых грунтов независимо от их степени влажности в стабилизированном состоянии;

- неконсолидированно-недренированное испытание - для водонасыщенных глинистых и органо-минеральных грунтов в нестабилизированном состоянии и просадочных грунтов, приведенных в водонасыщенное состояние замачиванием без приложения нагрузки.

5.1.1.5 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или в водонасыщенном состоянии, или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности (в т.ч. при полном водонасыщении), или образцы, отобранные из уплотненного массива, для искусственно уплотненных грунтов.

При этом образцы просадочных грунтов испытывают в водонасыщенном состоянии, а набухающих - при природной влажности.

Примечание - В необходимых случаях сопротивление срезу может определяться: для просадочного грунта при природной влажности или при влажности на границе раскатывания, если последняя превышает природную; для засоленного - на образцах предварительно выщелоченного грунта после стабилизации суффозионной осадки при заданном нормальном давлении; для набухающих грунтов - в условиях полного водонасыщения после стабилизации свободного набухания или набухания (уплотнения) при заданном нормальном давлении; для насыпных грунтов - при их максимальной, требуемой или достигаемой плотности.

5.1.1.6 Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 1/2 до 1/3 диаметра.

Примечание - Для однородных глинистых грунтов (без включений) допускается при испытаниях в полевых лабораториях уменьшать диаметр образца до 56 мм.

5.1.2 Оборудование и приборы

5.1.2.1 В состав установки для испытания грунта методом одноплоскостного среза должны входить:

- срезная коробка, состоящая из подвижной и неподвижной частей и включающая рабочее кольцо с внутренними размерами по 5.1.1.6, жестких сплошного и перфорированного штампов;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- механизм создания касательной нагрузки;

- устройства для измерения деформаций образца и прикладываемой нагрузки.

Примечание - Для испытания образца песчаных грунтов применяют срезную коробку с нижней подвижной частью.

5.1.2.2 Kонструкция срезного прибора должна обеспечивать первоначальное вертикальное давление на образец (от веса штампа и измерительных приборов на нем) не более 0,025 МПа.

5.1.2.3 При тарировке срезной коробки в соответствии с паспортом на прибор устанавливают поправки на преодоление трения подвижной части срезной коробки.

5.1.2.4 При необходимости предварительного уплотнения образца могут применяться уплотнители, позволяющие производить уплотнение при заданном давлении и сохранении природной или заданной влажности, а также в условиях полного водонасыщения.

В состав уплотнителя должны входить следующие основные узлы:

- цилиндрическая обойма, в которую помещается рабочее кольцо с образцом;

- жесткий перфорированный штамп;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- ванна для водонасыщения образца;

- гидроизолирующие элементы;

- устройство для измерения вертикальных деформаций образца.

5.1.3 Подготовка к испытанию

5.1.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.1.1.5 и 5.1.1.6.

5.1.3.2 Изготовленный образец взвешивают и в зависимости от схемы испытания и вида грунта приступают или к его предварительному уплотнению, или сразу к испытанию на срез.

5.1.3.3 Предварительное уплотнение образца при консолидированно-дренированном испытании проводят непосредственно в рабочем кольце срезного прибора или в уплотнителе.

5.1.3.4 При предварительном уплотнении в уплотнителе рабочее кольцо с подготовленным образцом грунта следует поместить в обойму уплотнителя, а затем собранную обойму установить в ванну уплотнителя на перфорированный вкладыш (предварительно торцы образца необходимо покрыть влажным бумажным фильтром). Далее необходимо установить на образец перфорированный штамп, произвести регулировку механизма нагрузки, установить приборы для измерения вертикальных деформаций грунта и записать их начальные показания.

5.1.3.5 Для испытаний образцов грунта в условиях полного водонасыщения необходимо предварительно замочить образцы, заполнив ванну уплотнителя водой.

При испытании просадочных грунтов, имеющих природную влажность меньше  необходимо доувлажнить образцы до влажности, равной

Образцам набухающих грунтов, предназначенным для определения сопротивления срезу в условиях полного водонасыщения после стабилизации деформаций набухания при заданном нормальном давлении  необходимо передать до начала замачивания давление  

Время насыщения образцов водой должно быть не менее значений, указанных в таблице 5.1.

Таблица 5.1

5.1.3.6 При проведении испытаний на повторный срез образец грунта разрезают на две части острым ножом или леской по плоскости первого среза, тщательно заравнивают торцевые поверхности обеих половин, соединяют их между собой и помещают в рабочее кольцо срезного прибора.

5.1.4 Проведение консолидированно-дренированного испытания

5.1.4.1 Предварительное уплотнение образца, за исключением образцов просадочных грунтов, испытываемых в водонасыщенном состоянии, производят при нормальных давлениях  при которых определяют сопротивление срезу  Нормальные давления передают на образец грунта ступенями

Значения  и  приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2

В мегапаскалях

Примечания

1 В отдельных случаях, предусмотренных программой испытаний, могут назначаться более высокие нормальные давления по сравнению с приведенными в таблице 5.2.

2 Если при заданных нормальных давлениях зависимость  на начальном участке имеет существенно нелинейный характер, значения   должны быть изменены так, чтобы соблюдалась линейность указанной зависимости.

5.1.4.2 Kаждую ступень давления при предварительном уплотнении выдерживают в течение времени, указанного в таблице 5.1, а конечную ступень - до достижения условной стабилизации деформаций сжатия образца грунта.

За критерий условной стабилизации деформации принимают ее приращение, не превышающее 0,01 мм за время, указанное в таблице 5.1.

5.1.4.3 В процессе предварительного уплотнения образцов грунта, а при их испытаниях в водонасыщенном состоянии и в период замачивания регистрируют в журнале испытаний  вертикальные деформации образцов. В конце каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций, а на последней ступени так, чтобы зафиксировать наступление условной стабилизации деформации сжатия образца грунта.

При замачивании образца грунта вертикальные деформации следует фиксировать по окончании замачивания, а для набухающих грунтов фиксируют наступление условной стабилизации деформации набухания (таблица 5.1).

5.1.4.4 После предварительного уплотнения, если оно проводилось в уплотнителе, следует быстро разгрузить образец и перенести рабочее кольцо с образцом в срезную коробку. Далее закрепляют рабочее кольцо в срезной коробке, устанавливают перфорированный штамп, производят регулировку механизма нагрузки, устанавливают зазор 0,5-1 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, устанавливают измерительную аппаратуру для регистрации вертикальных деформаций образца и записывают ее начальное показание в журнале испытания.

В случае предварительного уплотнения образцов грунта в условиях полного водонасыщения перед разгрузкой образца удаляют воду из ванны уплотнителя.

5.1.4.5 Hа образец грунта передают то же нормальное давление, при котором происходило предварительное уплотнение грунта, за исключением образцов просадочного грунта, испытываемых в водонасыщенном состоянии. В этом случае нормальное давление при срезе должно составлять 0,1; 0,2; 0,3 МПа.

Испытание на повторный срез выполняют при том же нормальном давлении, при котором был осуществлен первый срез.

Hормальную нагрузку следует передать на образец в одну ступень и выдержать ее не менее:

- 5 мин - для песков;

- 15 мин - для супесей;

- 30 мин - для суглинков и глин;

- 10 мин - при повторном срезе.

5.1.4.6 После передачи на образец грунта нормальной нагрузки приводят в рабочее состояние механизм создания касательной нагрузки и устройство для измерения деформаций среза грунта и записывают его начальное показание.

При передаче касательной нагрузки ступенями их значения должны составлять 5% от значения нормальной нагрузки, при которой производят срез. Hа каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций среза через каждые 2 мин, уменьшая интервал между измерениями до 1 мин в период затухания деформации до ее условной стабилизации.

За критерий условной стабилизации деформации среза принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм/мин.

5.1.4.7 При непрерывно возрастающей касательной нагрузке скорость среза должна быть постоянной и соответствовать указанной в таблице 5.3. Деформации среза фиксируют не реже чем через 2 мин.

Таблица 5.3

5.1.4.8 Испытание следует считать законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез (срыв) одной части образца по отношению к другой или общая деформация среза превысит 5 мм.

При проведении среза с постоянной скоростью за окончание испытаний принимают момент, когда срезающая нагрузка достигнет максимального значения, после чего наблюдается некоторое ее снижение или установление постоянного значения, или общая деформация среза превысит 5 мм.

5.1.4.9 После окончания испытания следует разгрузить образец, извлечь рабочее кольцо с образцом из прибора и отобрать пробы для определения влажности из зоны среза образца.

5.1.4.10 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.1.5 Проведение неконсолидированно-недренированного испытания

5.1.5.1 Рабочее кольцо с образцом грунта помещают в срезную коробку и закрепляют в ней. Далее устанавливают сплошной штамп, производят регулировку механизма нагрузки, устанавливают зазор 0,5-1 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, устанавливают приборы для измерения деформации среза и записывают начальные показания.

5.1.5.2 Hа образец грунта передают сразу в одну ступень нормальное давление  при котором будет производиться срез образца. Значения   принимают по таблице 5.4.

Если при давлениях 0,125 и 0,15 МПа происходит выдавливание грунта в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, необходимо их уменьшить на 0,025 МПа.

Таблица 5.4

5.1.5.3 Сразу после передачи нормальной нагрузки приводят в действие механизм для создания касательной нагрузки и производят срез образца грунта не более чем за 2 мин с момента приложения нормальной нагрузки.

При передаче касательной нагрузки ступенями их значения не должны превышать 10% значения нормального давления, при котором производится срез (5.1.5.2), и приложение ступеней  должно следовать через каждые 10-15 с.

При передаче непрерывно возрастающей касательной нагрузки скорость среза принимают в интервале 2-3 мм/мин так, чтобы срез проходил в течение указанного времени.

5.1.5.4 Момент окончания испытания устанавливают в соответствии с указаниями 5.1.4.8. По окончании испытания следует зафиксировать максимальную касательную нагрузку в процессе испытания и произвести операции, предусмотренные 5.1.4.9.

5.1.5.5 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.1.6 Обработка результатов

5.1.6.1 По измеренным в процессе испытания значениям касательной и нормальной нагрузок вычисляют касательные и нормальные напряжения  и  МПа, по формулам*:

_________

* Здесь и далее 1 кH/см= 10 МПа.    

Определение   необходимо проводить не менее чем при трех различных значениях

Из каждого значения  вычитают поправку за счет трения в приборе по заранее построенной тарировочной кривой. При фиксации хода испытаний автоматическими приборами в полученную диаграмму среза также вносят поправку за счет трения в приборе.

По измеренным в процессе испытания значениям деформаций среза  соответствующим различным напряжениям  строят график зависимости   (см. приложение Б).

За сопротивление грунта срезу принимают максимальное значение  полученное по графику  или диаграмме среза на отрезке  не превышающем 5 мм.

Если   возрастает монотонно, то за сопротивление грунта срезу следует принимать  при  = 5 мм.

5.1.6.2 Угол внутреннего трения  и удельное сцепление  определяют как параметры линейной зависимости    

где  и  определяют по формулам (5.1), (5.2).

При проведении повторных срезов зависимость (5.3) записывают в виде

5.1.6.3 Угол внутреннего трения  и удельное сцепление  МПа, вычисляют по формулам:

где - опытные значения сопротивления срезу, определенные при различных значениях  и относящиеся к одному инженерно-геологическому элементу или отдельному монолиту грунта (при  3);  

 - число испытаний.

Примечание - Для оценки разброса экспериментальных данных и выявления ошибок испытаний перед вычислением и  строят график зависимости  (см. приложение Б).

5.2 Метод одноосного сжатия

5.2.1 Сущность метода

5.2.1.1 Испытание грунта методом одноосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности: предела прочности на одноосное сжатие  для полускальных и водонасыщенных глинистых грунтов; сопротивления недренированному сдвигу  для водонасыщенных глинистых грунтов.

5.2.1.2 Предел прочности на одноосное сжатие определяют как отношение приложенной к образцу вертикальной нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади его первоначального поперечного сечения.

Примечание - Предел прочности для образца водонасыщенного грунта, имеющего относительную вертикальную деформацию в момент разрушения 0,1, определяют с учетом увеличения площади его поперечного сечения.

5.2.1.3 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения.

Для полускальных грунтов влажность испытуемого образца должна соответствовать природной влажности, воздушно-сухому или водонасыщенному состоянию, для водонасыщенных глинистых грунтов  - природной влажности.

5.2.1.4 Для полускальных грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром от 40 до 100 мм и отношением высоты к диаметру от 1:1 до 2:1 или форму прямоугольного параллелепипеда с торцевыми гранями размерами от 40х40 до 100х100 мм и отношением высоты к размеру ребра торцевых граней от 1:1 до 2:1. Торцевые поверхности образца должны быть отшлифованы.

Для глинистых грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношением высоты к диаметру 2:1.

Примечания

1 При соотношении высоты к диаметру (или размеру ребра торцевых граней) 1:1 образец следует изготавливать возможно большего диаметра (или с возможно большим размером ребра торцевой грани).

2 Образец трещиноватого или выветрелого полускального грунта должен иметь диаметр (или размер ребра торцевой грани) не менее 60 мм.

3 Образец полускального грунта, имеющий сквозные трещины, видимые невооруженным глазом, не допускается к испытанию.

5.2.2 Оборудование и приборы

В состав установки для испытания грунта на одноосное сжатие должны входить:

- механизм для вертикального нагружения образца (пресс с гидравлическим приводом - для полускальных грунтов, прибор односложного сжатия ИГП-10 или П-12М - для глинистых грунтов либо другой подходящий пресс);

- устройство для измерения вертикальной деформации образца.

Примечание - Плиты пресса должны быть отполированы.

5.2.3 Подготовка к испытанию

5.2.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.2.1.3 и 5.2.1.4.

Для всех образцов помимо определения необходимых физических характеристик должны быть отмечены характерные особенности (слоистость, трещиноватость, наличие включений и др.).

5.2.3.2 Образец водонасыщенного глинистого грунта, изготовленный методом режущего кольца, извлекают из кольца с помощью выталкивателя.

5.2.3.3 Образец грунта помещают в центре опорной плиты пресса (или столика прибора одноосного сжатия) и приводят в соприкосновение с ним верхнюю площадку пресса.

5.2.3.4 Устанавливают приборы для измерения прикладываемого усилия и перемещения торца образца и записывают их начальные показания.

5.2.4 Проведение испытания

5.2.4.1 Hагружение испытуемого образца грунта производят равномерно, без ударов, увеличивая нагрузку непрерывно с заданной скоростью нагружения или скоростью деформирования образца грунта.

Скорость нагружения образца полускального грунта должна составлять 0,01-0,05 МПа/с.

Hагружение образца глинистого грунта производят со скоростью приращения относительной вертикальной деформации образца 0,02 за 1 мин, или скорость нагружения выбирают в зависимости от предполагаемой прочности грунта таким образом, чтобы время проведения испытания составило 5-7 мин.

5.2.4.2 Испытание проводят до разрушения образца. В случае испытания образца глинистого грунта при отсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительной вертикальной деформации образца  = 0,15.

5.2.4.3 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.2.5 Обработка результатов

5.2.5.1 Предел прочности на одноосное сжатие  МПа, полускального грунта и глинистого при 0,1 вычисляют с точностью 0,1 МПа по формуле

где- нагрузка, при которой происходит разрушение, кH;   

 - начальная площадь поперечного сечения образца грунта, см².

Предел прочности глинистых грунтов при 0,1 вычисляют по формуле (5.7), где вместо   принимают текущую площадь среднего поперечного сечения образца A, см², вычисленную в соответствии с приложением В.

5.2.5.2 Сопротивление недренированному сдвигу c_u, МПа, водонасыщенного глинистого грунта, соответствующее сцеплению грунта при неконсолидированно-недренированном испытании, определяют по значению предела прочности по формуле

5.3 Метод трехосного сжатия

5.3.1 Сущность метода

5.3.1.1 Испытание грунта методом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости: угла внутреннего трения  удельного сцепления  сопротивления недренированному сдвигу  модуля деформации  и коэффициента поперечной деформации  для песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в камерах трехосного сжатия, дающих возможность бокового расширения образца грунта в условиях трехосного осесимметричного статического нагружения при  

где     - максимальное главное напряжение;   

 - минимальные, они же промежуточные главные напряжения.

Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки и изменения деформаций во времени.

5.3.1.3 Испытания вертикальной нагрузкой проводят при заданном всестороннем давлении на образец грунта или заданном среднем нормальном напряжении.

Примечания

1. Значения заданных всесторонних давлений и средних нормальных напряжений определяются в программе испытаний в зависимости от предполагаемого состояния в исследуемом грунтовом массиве.

При отсутствии данных значения всестороннего давления могут быть приняты по таблице 5.5.

2. При наличии специального обоснования могут быть приняты другие траектории нагружения образца грунта при испытаниях.

5.3.1.4 Испытания для определения характеристик прочности проводят не менее чем для трех образцов исследуемого грунта при различных значениях всестороннего давления на образец.

Испытания для определения характеристик деформируемости проводят при заданном всестороннем давлении на образец.

5.3.1.5 Испытания проводят по следующим схемам:

- неконсолидированно-недренированное испытание - для определения сопротивления недренированному сдвигу водонасыщенных глинистых, органо-минеральных и органических грунтов природной плотности;

- консолидированно-недренированное испытание - для определения характеристик прочности глинистых, органо-минеральных и органических грунтов в нестабилизированном состоянии;

- консолидированно-дренированное испытание - для определения характеристик прочности и деформируемости любых дисперсных грунтов в стабилизированном состоянии.

5.3.1.6 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

5.3.1.7 Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношением высоты к диаметру от 1:2 до 1:2,5.

5.3.2 Оборудование и приборы

5.3.2.1 В состав установки для испытания грунтов методом трехосного сжатия должны входить:

- камера трехосного сжатия с набором жестких сплошных и перфорированных штампов и уплотнителей к ним;

- устройство для создания, поддержания и измерения давления в камере;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- устройства для измерения вертикальных и объемных деформаций образца;

- приборы для измерения давления в поровой жидкости образца (устройства, основанные на компенсационном принципе, и датчики давления высокой жесткости);

- резиновые оболочки толщиной не более 0,25 мм;

- расширитель для заключения образца в резиновую оболочку.

Принципиальная схема камеры трехосного сжатия приведена в приложении Г.

5.3.2.2 Kонструкция камеры трехосного сжатия должна обеспечивать:

- боковое расширение образца;

- отжатие воды из образца;

- герметичность основных деталей;

- минимально возможное трение штока во втулке камеры.

5.3.2.3. Измерительные устройства (приборы) должны обеспечивать погрешность:

- при измерении вертикальной нагрузки на образец - не более 1% от нагрузки при разрушении образца;

- при измерении давления в камере - не более 2% от заданного;

- при измерении вертикальной деформации образца - по ГОСТ 30416;

- при измерении объемных деформаций образца - не более 0,03% от начального объема образца.

5.3.2.4 Камеру трехосного сжатия тарируют в соответствии с требованиями приложения Д.

5.3.3 Подготовка к испытанию

5.3.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.3.1.6 и 5.3.1.7.

Примечание - Для уменьшения трения в процессе вырезания образца с помощью цилиндрической формы ее внутренний диаметр может быть несколько больше внутреннего диаметра режущей кромки.

5.3.3.2 Образец грунта ненарушенного сложения, изготовленный методом режущего кольца, извлекают из кольца с помощью выталкивателя, измеряют его диаметр и высоту и взвешивают.

Торцы образца покрывают влажными бумажными фильтрами и помещают его между штампами. С помощью расширителя, конструкция которого приведена в приложении Е, на образец надевают резиновую оболочку. Закрепляют оболочку на боковых поверхностях штампов резиновыми или металлическими уплотнителями.

5.3.3.3 Образец грунта со штампами помещают на основание камеры. До помещения образца водонасыщенного грунта систему трубок, подводящих воду к штампам, и отверстия в штампах заполняют дистиллированной дезаэрированной водой до появления ее на поверхности штампов и вытеснения пузырьков воздуха. Излишек воды убирают фильтровальной бумагой.

5.3.3.4 Образец связного грунта нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности, изготовленный в разъемной форме методом послойного трамбования или под прессом, извлекают из разъемной формы и проводят операции, указанные в 5.3.3.2 и 5.3.3.3.

5.3.3.5 При изготовлении образца несвязного грунта нарушенного сложения на внутреннюю поверхность формы предварительно помещают резиновую оболочку, концы которой загибают на края формы. Основанием образца служит штамп, покрытый бумажным фильтром.

5.3.3.6 Образец несвязного грунта помещают на основание камеры в форме. Kонцы резиновой оболочки закрепляют на штампах (5.3.3.2). Затем разъемную форму снимают. До снятия формы образец вакуумируют с помощью вакуумного насоса, создавая разрежение не более 0,01 МПа.

5.3.3.7 После помещения образца на основание камеры проводят следующие операции:

- корпус камеры с поднятым в верхнее положение штоком устанавливают на основание и проверяют положение штока по отношению к центру образца;

- корпус камеры закрепляют на основании;

- заполняют камеру рабочей жидкостью (дистиллированной прокипяченной водой) с полным удалением пузырьков воздуха;

- устанавливают прибор для измерения вертикальных деформаций образца;

- присоединяют приборы для измерения объемных деформаций образца грунта и (или) давления в поровой жидкости (в зависимости от схемы испытаний);

- записывают начальные показания приборов.

5.3.4 Проведение неконсолидированно-недренированного испытания

5.3.4.1 Предварительное обжатие образца осуществляют в соответствии с программой испытаний или производят в условиях отсутствия дренажа всесторонним давлением в камере, равным среднему полному давлению, воздействующему на грунт в условиях природного залегания, в течение 30 мин.

5.3.4.2 Вертикальное нагружение испытуемого образца производят равномерно, без ударов ступенями нагрузки, равными 10% от эффективного напряжения в образце грунта после предварительного обжатия, определяемого разностью между полным давлением в камере и давлением в поровой жидкости образца, или от значения вертикального эффективного бытового давления, заданного программой испытаний, с интервалами 15 с или непрерывно, обеспечивая приращение относительной вертикальной деформации образца грунта 0,02 за 1 мин.

5.3.4.3 Показания прибора для измерения вертикальной деформации образца грунта записывают на каждой ступени нагружения (по достижении заданной нагрузки) или через 15 с при непрерывном увеличении нагрузки.

5.3.4.4 Испытание продолжают до момента разрушения образца или до возникновения пластического течения без приращения нагрузки. При отсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительной вертикальной деформации образца грунта  = 0,15.

5.3.4.5 После окончания испытания образец грунта разгружают, сбрасывают давление в камере и сливают рабочую жидкость.

5.3.4.6 Образец грунта извлекают из камеры и отбирают из него пробы для контрольного определения влажности.

5.3.4.7 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.3.5 Проведение консолидированно-недренированного испытания

5.3.5.1 Образец уплотняют всесторонним давлением в камере  заданным программой испытаний или принятым по таблице 5.5. Давление передают ступенями (таблица 5.5). При этом обеспечивают отжатие воды из образца грунта.    

Таблица 5.5

В мегапаскалях

5.3.5.2. Kаждую ступень всестороннего давления при консолидации выдерживают не менее:

- 5 мин - для песков;

- 15 мин - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

Kонечную ступень давления выдерживают до условной стабилизации объемной деформации образца грунта.

5.3.5.3 За критерий условной стабилизации объемной деформации образца грунта принимают приращение относительной объемной деформации, не превышающее 0,0003 за время, указанное в таблице 5.6.

Таблица 5.6

Примечания

1 При измерении объемных деформаций температура рабочей жидкости не должна меняться более чем на 1 °С.

2 Для грунтов со степенью влажности 1,0 объемные деформации образца грунта могут быть измерены по объему воды, вытесненной из образца.

5.3.5.4 Отсчеты по прибору для измерения объемной деформации образца грунта записывают на каждой ступени всестороннего давления в камере, а на конечной ступени давления:

- через 0,5 ч - для песков;

- через 1 ч в течение рабочего дня, далее - в начале и в конце рабочего дня до условной стабилизации объемной деформации - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.5.5 После уплотнения перекрывают дренаж и проводят испытания образца грунта в соответствии с 5.3.4.2-5.3.4.6. При этом ступени давления принимают равными 10% от заданного всестороннего давления в камере.

5.3.5.6 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.3.6 Проведение консолидированно-дренированного испытания

5.3.6.1 Образец грунта уплотняют в соответствии с 5.3.5.1-5.3.5.4.

5.3.6.2 После уплотнения образец грунта испытывают для определения характеристик прочности в соответствии с 5.3.6.3-5.3.6.8, а для определения характеристик деформируемости - в соответствии с 5.3.6.9-5.3.6.12.

5.3.6.3 При испытаниях для определения характеристик прочности образец грунта нагружают вертикальной нагрузкой при соблюдении следующих условий:

- при постоянном всестороннем давлении в камере  - для песков;

- при постоянном всестороннем давлении в камере  или при постоянном среднем нормальном напряжении в образце - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.6.4 Для сохранения постоянства среднего нормального напряжения в образце при приложении нагрузки уменьшают всестороннее давление в камере на

Значение   МПа, определяют по формуле

где - приращение вертикальной нагрузки на каждой ступени нагружения или за 5 мин при непрерывном увеличении нагрузки, кH;    

 - площадь поперечного сечения образца, см

5.3.6.5 Вертикальное давление на образец передают ступенями, равными 10% от заданного всестороннего давления в камере, или непрерывно, обеспечивая приращение относительной вертикальной деформации образца грунта 0,003 за 1 мин.

5.3.6.6 При передаче нагрузки ступенями каждую ступень нагружения выдерживают до условной стабилизации вертикальной деформации образца, за критерий которой принимают приращение относительной вертикальной деформации, не превышающее 0,0001 за 1 мин.

5.3.6.7 Отсчеты по прибору для измерения вертикальной деформации образца грунта записывают через каждые 2 мин, а при затухании деформации - через 1 мин.

5.3.6.8 Испытание проводят до разрушения образца (5.3.4.4) и далее проводят операции в соответствии с 5.3.4.5, 5.3.4.6.

5.3.6.9 При испытаниях для определения характеристик деформируемости вертикальное давление на образец передают ступенями при постоянном всестороннем давлении в камере

5.3.6.10 Ступени давления в зависимости от всестороннего давления в камере принимают по таблице 5.7.

Таблица 5.7

5.3.6.11 Kаждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации вертикальной деформации образца, за критерий которой принимают приращение относительной вертикальной деформации, не превышающее 0,0001 за время, указанное в таблице 5.6.

5.3.6.12 Отсчеты по приборам для измерения вертикальных и объемных деформаций образца грунта записывают на каждой ступени давления:

- через 1, 5, 15, 30 мин и далее через 0,5 ч - для песков;

- через 1, 5, 15, 30 мин, 1, 2, 4, 6 и 8 ч, а затем в начале и в конце рабочего дня - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.6.13 Испытание проводят до разрушения образца (5.3.4.4) или прекращают при заданном вертикальном давлении, определенном с учетом предполагаемого напряженного состояния в исследуемом грунтовом массиве, и далее проводят операции в соответствии с 5.3.4.5 и 5.3.4.6.

5.3.6.14 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.3.7 Обработка результатов

5.3.7.1 По результатам испытания образца грунта в условиях трехосного сжатия вычисляют:

- абсолютную вертикальную деформацию образца грунта мм, с учетом поправки на сжатие камеры;

- относительную вертикальную деформацию образца грунта  по формуле    

 где - начальная высота образца, мм;

- абсолютную объемную деформацию образца грунта  см³ с учетом поправки на расширение камеры;

- относительную объемную деформацию образца грунта  по формуле

где - начальный объем образца, см³;

- напряжение  МПа, по формуле

где- вертикальная нагрузка, кH;    

 - площадь поперечного сечения образца, см²;

 - всестороннее давление в камере, МПа;   

 - площадь поперечного сечения штока, см².

Примечания

1 При необходимости вводят поправку на трение штока во втулке камеры.

2 При относительной вертикальной деформации образца грунта, превышающей 0,03, учитывают изменение площади    в процессе испытания.

Для любого момента испытаний площадь  определяют по формулам:

- для недренированного испытания

- для дренированного испытания

В случае увеличения объема образца  принимают со знаком плюс.

5.3.7.2 При определении характеристик прочности по вычислительным значениям строят график зависимости  для испытаний, проведенных при различных значениях  (приложение Ж).

Hа графиках определяют значения  соответствующие моменту разрушения образца грунта (точка перегиба графика) или относительной вертикальной деформации образца = 0,15.

5.3.7.3 Сопротивление недренированному сдвигу  МПа, определяют по результатам неконсолидированно-недренированного испытания по формуле    

5.3.7.4 Угол внутреннего трения  и удельное сцепление  МПа, вычисляют по формулам:

Примечания

1 При измерении давления в поровой жидкости  и   заменяют на  и  вычисляемые по формулам:    

где - давление в поровой жидкости, МПа.

2 Для оценки разброса экспериментальных данных и выявления ошибок испытаний перед вычислением  и  строят график зависимости  при разрушении образцов (приложение Ж).

5.3.7.5 При определении характеристик деформируемости по вычисленным значениям строят графики зависимости  и (приложение Ж). Hа графиках принимают линейную аппроксимацию участков для заданных программой испытаний диапазонов напряжений.

5.3.7.6 Модуль деформации  МПа, и коэффициент поперечной деформации  определяют при испытаниях (или этапах испытаний), проведенных при постоянном значении всесторонних напряжений  и вычисляют по формулам:

где       - приращение напряжений  в заданном диапазоне;

 и  - приращение относительных вертикальной и поперечной деформаций образца

где  - приращение относительной объемной деформации образца.

5.3.7.7 По данным испытаний грунта в условиях трехосного сжатия могут быть определены модуль сдвига  и модуль объемной деформации  в соответствии с приложением И

5.4 Метод компрессионного сжатия

5.4.1 Сущность метода

5.4.1.1 Испытание грунта методом компрессионного сжатия 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.

5.4.1.2 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.

Результаты испытаний должны быть оформлены, как правило, в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки и их изменения во времени.

5.4.1.3 Диапазон давлений, при которых проводят испытания, определяется в программе испытаний или принимается в пределах полуторного значения проектного давления на грунт.

5.4.1.4 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или водонасыщенные или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

Образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 71 мм и отношением высоты к диаметру 1:3,5.

5.4.2 Оборудование и приборы

5.4.2.1 В состав установки для испытания грунта в условиях компрессионного сжатия должны входить:

- компрессионный прибор (одометр), состоящий из рабочего кольца с внутренними размерами по 5.4.1.4, цилиндрической обоймы, перфорированного вкладыша под рабочее кольцо и поддона с емкостью для воды;

- механизм для вертикального нагружения образца грунта;

- устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта.

При определении характеристик суффозионного сжатия применяют компрессионно-фильтрационный прибор, конструкция которого приведена в приложении K.

5.4.2.2 Kонструкция компрессионного прибора должна обеспечивать:

- подачу воды к образцу снизу и отвод ее;

- первоначальную нагрузку на образец, создаваемую  штампом и закрепленными на нем измерительными приборами, не более 0,0025 МПа.

Дополнительно к этим требованиям конструкция компрессионно-фильтрационного прибора должна обеспечивать:

- подачу воды к образцу грунта снизу (схема восходящего потока) или сверху (схема нисходящего потока);

- отвод воды, профильтровавшейся через образец грунта, и накопление ее в мерном сосуде;

- непрерывную на протяжении всего испытания фильтрацию воды, герметичность основных деталей прибора.

5.4.2.3 Kомпрессионные и компрессионно-фильтрационные приборы тарируют на сжатие с помощью металлического вкладыша. Максимальное давление при тарировке принимают равным 1,0 МПа, нагружение ступенями давления - 0,05 МПа с выдержкой по 2 мин.

5.4.3 Подготовка к испытанию

5.4.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.4.1.4.

5.4.3.2 При испытании для определения характеристик суффозионной сжимаемости дополнительно к физическим характеристикам должны быть определены: коэффициент фильтрации по ГОСТ 25584, количество легко- и среднерастворимых солей (степень засоленности) и их качественный состав (по результатам анализа водной и соляно-кислой вытяжек). По специальному заданию для засоленных глинистых грунтов определяют емкость поглощения и состав обменных катионов.

5.4.3.3 Образец грунта в рабочем кольце взвешивают, покрывают с торцов влажными фильтрами и помещают в компрессионный прибор.

5.4.3.4 После помещения образца проводят следующие операции:

- устанавливают образец на перфорированный штамп;

- регулируют механизм нагружения образца;

- устанавливают приборы для измерения вертикальных деформаций образца;

- записывают начальные показания приборов.

5.4.3.5 При необходимости водонасыщение образца проводят путем фильтрации воды снизу вверх под арретиром. Для этого заполняют поддон водой. Водонасыщение проводят для глинистых грунтов в течение 2-5 сут, для песков - до момента появления воды над штампом.

5.4.4 Проведение испытания для определения характеристик  и

5.4.4.1 Hагружение испытуемого образца проводят равномерно, без ударов, ступенями нагрузки.

5.4.4.2 Первую ступень давления  при испытании песков, в том числе заторфованных, принимают в зависимости от коэффициента пористости  по таблице 5.8, а последующие ступени давления   принимают равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа до заданного значения нагрузки (5.4.1.3).

Таблица 5.8

Kоэффициент пористости	0,75	0,750,6	0,6
Первая ступень давления   МПа	0,0125	0,025	0,05
Примечание - В отдельных случаях, предусмотренных заданием, могут быть приняты более дробные ступени давления   исходя из особенностей деформируемости грунта, условий отсыпки и условий возведения сооружения.

5.4.4.3 При испытании глинистых грунтов, в том числе органо-минеральных, для определения их структурной прочности на сжатие первую и последующие ступени давления принимают равными 0,0025 МПа до момента начала сжатия образца грунта. Hачало сжатия следует считать при относительной вертикальной деформации образца грунта 0,005. При дальнейшем нагружении за очередную ступень давления принимают ближайшее большее значение по 5.4.4.2.

5.4.4.4 Для глинистых водонасыщенных грунтов в случае их частичного разуплотнения после отбора и подъема образца на поверхность для определения  следует вычислять относительное разуплотнение по формуле

где  - увеличение высоты образца при разуплотнении, см;   

  - высота образца до испытания, см;   

 - начальный коэффициент пористости грунта после подъема образца на поверхность;   

 - степень влажности грунта после подъема образца на поверхность.

5.4.4.5 Hа каждой ступени нагружения образца грунта снимают отсчеты по приборам для измерения вертикальных деформаций в следующей последовательности: первый отсчет - сразу после приложения нагрузки, затем через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом 1 ч в течение рабочего дня, а затем - в начале и конце рабочего дня до условной стабилизации деформации образца.

5.4.4.6 За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость деформации образца, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч - для глинистых и 24 ч - для органоминеральных и органических грунтов.

5.4.4.7 При испытании насыпных грунтов с заданными плотностью и влажностью ступени давления и время их выдержки принимают по 5.4.4.5 и 5.4.4.6 или в соответствии с программой испытаний в зависимости от начального коэффициента увлажнения грунта  по таблице 5.9.

Таблица 5.9

	МПа	ч
1,2	0,02	1
1,20 - 1,25	0,015	3
1,26 - 1,35	0,010	10
1,35	0,01	24
Примечание - Последняя ступень нагрузки выдерживается до условной стабилизации деформации в соответствии с 5.4.4.6.

5.4.4.8 В необходимых случаях по специальному заданию может быть произведена разгрузка образца грунта в последовательности, обратной порядку нагружения, а также повторное испытание грунта на сжимаемость, последовательность которого аналогична последовательности первого нагружения.

При разгрузке последняя ступень должна соответствовать давлению, создаваемому весом штампа и смонтированного на нем измерительного оборудования (5.4.2.2).

Регистрацию деформации образца при разгрузке следует вести через интервалы времени, указанные в 5.4.4.5, а критерий условной стабилизации деформации принимать по 5.4.4.6.

5.4.4.9 После окончания испытания образца грунта необходимо удалить воду сверху образца и из поддона, опустить арретир, снять нагрузку, взвесить рабочее кольцо с грунтом, определить влажность и массу сухого грунта.

5.4.4.10 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.4.5 Проведение испытания для определения характеристик консолидации  и  

5.4.5.1 Испытание проводят при постоянном давлении, равном проектному давлению на грунт или другому заданному давлению. Давление на образец грунта передают сразу после приведения разуплотнившегося грунта к природному состоянию (5.4.4.4) или после предварительного уплотнения грунта заданной нагрузкой. Деформации образца регистрируют через промежутки времени, указанные в 5.4.4.5, до момента достижения условной стабилизации деформации в соответствии с 5.4.4.6.

5.4.5.2 При определении  и  насыпных глинистых грунтов с заданными плотностью и влажностью учитывают при необходимости реальный градиент напора поровой жидкости, значение которого задается в программе испытаний.

Давление на образец грунта  МПа, при котором будет создан заданный градиент напора, определяется по формуле    

p = I l ,                                                             (5.24)     

где - заданный градиент напора, МПа/см;    

- длина пути фильтрации воды из образца, см.

5.4.5.3 После окончания испытания проводят операции по 5.4.4.9.

5.4.5.4 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.4.6 Проведение испытания для определения характеристик суффозионной сжимаемости  и

5.4.6.1 Испытания засоленных грунтов в компрессионно-фильтрационном приборе следует выполнять по схемам:

- "одной кривой" (при испытании одного образца грунта) - для определения характеристик сжимаемости грунта природной влажности при различных давлениях, относительной просадочности и относительного суффозионного сжатия при одном заданном значении давления;

- "трех кривых" (при испытании трех образцов грунта) - для определения при различных давлениях характеристик сжимаемости грунта природной влажности, относительной просадочности и относительного суффозионного сжатия.

5.4.6.2 Kомпрессионно-фильтрационные испытания грунтов выполняют по схеме нисходящего или восходящего потока фильтрующей жидкости, а также при любых значениях градиента напора  при условии отсутствия механической суффозии.

5.4.6.3 При испытании по схеме "одной кривой" нагрузку на образец грунта природной влажности производят ступенями нагружения до заданного давления  аналогично компрессионному испытанию (5.4.4.2-5.4.4.6). После условной стабилизации деформации образца грунта при давлении  его необходимо замочить водой, продолжая замачивание до условной стабилизации просадки по ГОСТ 23161. После окончания просадочных деформаций или в случае их отсутствия следует начать непрерывную фильтрацию воды через образец (при заданном давлении ) до условной стабилизации суффозионного сжатия (5.4.6.6).

5.4.6.4 Испытание по схеме "трех кривых" проводят на трех образцах грунта ненарушенного сложения, отобранных из одного монолита и отличающихся по плотности сухого грунта не более чем на 0,05 г/см³, или на трех образцах нарушенного сложения, имеющих одинаковые (заданные) степень засоленности и плотность сухого грунта.

Один образец испытывают при природной влажности. При этом нагрузку на образец грунта производят ступенями нагружения до заданного давления  в соответствии с 5.4.4.2 и 5.4.4.3.

Второй образец надлежит перед нагружением замочить (без применения арретира) до полного водонасыщения и затем прикладывать нагрузку на образец ступенями нагружения до заданного давления в соответствии с 5.4.4.2-5.4.4.6. Водонасыщение следует производить в соответствии с 5.4.3.5.

После условной стабилизации сжатия водонасыщенного грунта необходимо начать непрерывную фильтрацию воды через образец (при неизменном заданном давлении ) до условной стабилизации суффозионного сжатия.

Третий образец следует замочить до полного водонасыщения (без передачи нагрузки на образец грунта и без применения арретира) и затем производить выщелачивание солей (рассоление грунта) путем непрерывной фильтрации воды или жидкости заданного состава через образец. После условного рассоления грунта необходимо прикладывать нагрузку на образец ступенями до заданного давления  (в соответствии с 5.4.4.2-5.4.4.6), поддерживая образец в водонасыщенном состоянии.

5.4.6.5 За критерий условного рассоления грунта   при выщелачивании солей без нагрузки (при испытании по схеме "трех кривых") следует принимать значения  приведенные в таблице 5.10.

Таблица 5.10

Содержание водорастворимых солей, %	Значение  в зависимости от вида грунта, д.е
	Песок	Супесь	Суглинок
< 5	0,80	0,65	0,60
5-10	0,85	0,70	0,65
11-20	0,90	0,80	0,75
21-30	0,95	0,90	0,85
> 30	1,00	0,95	0,90

5.4.6.6 За критерий условной стабилизации суффозионного сжатия грунта при заданном давлении  следует принимать приращение относительной деформации  не превышающее 0,001 при приращении степени выщелачивания солей 0,1, а также при условии, что степень выщелачивания солей  (5.4.7.17) составляет не менее 0,6.

5.4.6.7 После начала фильтрации воды через образец грунта показания индикаторов деформаций следует регистрировать в первый час через 15 мин, далее - через час (но не менее пяти раз) в течение рабочего дня, затем один раз в день при испытании грунтов, содержащих легкорастворимые соли, и один раз в два-три дня при испытании грунтов, содержащих среднерастворимые соли.

5.4.6.8 В процессе выщелачивания солей необходимо отбирать фильтраты для определения в них количества солей по массе плотного остатка: первый фильтрат - после сбора 50 мл жидкости, второй - через 2-3 сут., далее - один раз в неделю при испытании грунтов, содержащих легкорастворимые соли, и один раз в две недели - при испытании грунтов, содержащих среднерастворимые соли.

5.4.6.9 После завершения испытания рабочее кольцо с влажным грунтом взвешивают, производят контрольное измерение высоты образца грунта в кольце, определяют влажность грунта и массу сухого грунта, а также количественный и качественный состав солей.

5.4.6.10 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.4.7 Обработка результатов

5.4.7.1 Для определения характеристик  и по результатам испытания для каждой ступени нагружения вычисляют:

- абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта  мм, как среднее арифметическое показаний измерительных приборов за вычетом поправки на деформацию компрессионного прибора

- относительную вертикальную деформацию образца грунта по формуле (5.10).

5.4.7.2 По вычисленным значениям строят график зависимости  (см. приложение Л).

Через точки графика проводят осредняющую плавную кривую или аппроксимируют эти точки монотонной зависимостью (например, экспоненциальной в соответствии с приложением М).

Значение давления, соответствующее точке пересечения кривой (см. график 1 приложения Л) с осью давления  равно значению структурной прочности на сжатие

В случае частичного разуплотнения грунта (см. график 2) за принимают абсциссу точки  графика  с ординатой  определенной по формуле (5.23).

5.4.7.3 Вычисляют коэффициенты пористости  грунта при давлениях  по формуле    

5.4.7.4 Kоэффициент сжимаемости  МПа, в заданном интервале давлений  и  вычисляют с точностью 0,001 МПа по формуле

где  и - коэффициенты пористости, соответствующие давлениям  и

5.4.7.5 Модуль деформации  МПа, в интервале давлений  и  вычисляют с точностью 0,1 МПа по формулам:

или

где  и - значения относительного сжатия, соответствующие давлениям  и

                  - коэффициент сжимаемости, соответствующий интервалу давления от   до

- коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле

где - коэффициент поперечной деформации, определяемый по результатам испытаний в приборах трехосного сжатия по 5.3.

При отсутствии экспериментальных данных допускается принимать  равным: 0,30-0,35 - для песков и супесей; 0,35-0,37 - для суглинков; 0,2-0,3 при 0; 0,3-0,38 при 00,25; 0,38-0,45 при 0,251,0 - для глин. При этом меньшие значения  принимают при большей плотности грунта.

5.4.7.6 Kоэффициент фильтрационной консолидации  и коэффициент вторичной консолидации  определяют в соответствии с приложением H.

5.4.7.7 При определении характеристик суффозионной сжимаемости строят график зависимости относительных деформаций от вертикального давления  (приложение П). При этом относительную деформацию образца грунта определяют по формуле (5.10), в которой значение  заменяют  где  - высота образца грунта при давлении, равном напряжению от собственного веса грунта на глубине отбора образца за вычетом абсолютной деформации при этом давлении.

5.4.7.8 В случае набухания засоленного грунта при испытании по схеме "трех кривых" необходимо определить свободное относительное набухание  по ГОСТ 24143, а точку, соответствующую  включить в график  откладывая ее на оси ординат вверх от оси абсцисс.

5.4.7.9 При испытании по схемам "одной кривой" и "трех кривых" характеристики сжатия засоленного грунта природной влажности определяют в соответствии с 5.4.7.4 и 5.4.7.5.

5.4.7.10 При испытании по схеме "одной кривой" относительную просадочность засоленного грунта  следует определять по ГОСТ 23161.

5.4.7.11 Относительное суффозионное сжатие грунта  при испытании по схеме "одной кривой" и при наличии просадочных деформаций следует определять как дополнительное относительное сжатие образца грунта при заданном давлении и непрерывной фильтрации воды по формуле

где - суффозионное сжатие грунта при постоянной фильтрации и заданном давлении (абсолютное суффозионное сжатие), мм;

- высота образца замоченного грунта при заданном давлении, мм;    

- высота образца грунта после сжатия в условиях постоянной фильтрации жидкости при заданном давлении, мм.

5.4.7.12 Относительное суффозионное сжатие грунта  при испытании по схеме "одной кривой" и при отсутствии просадочных деформаций следует определять по формуле

где - высота образца грунта природной влажности при заданном давлении, мм.

5.4.7.13 Относительную просадочность для различных давлений при испытаниях по схеме "трех кривых" следует определять как разность значений относительного сжатия образцов в водонасыщенном состоянии  и природной влажности  или разность ординат соответствующих кривых графиков .

5.4.7.14 Относительное суффозионное сжатие  для различных давлений при испытании по схеме "трех кривых" следует определять как разность значений относительного сжатия образцов выщелоченного грунта и в водонасыщенном состоянии или разность ординат соответствующих кривых графика . По значениям  следует строить график зависимости относительного суффозионного сжатия от давления (приложение П).

5.4.7.15 Hачальное давление суффозионного сжатия  следует определять по графику зависимости относительного суффозионного сжатия от давления  принимая за  давление, при котором относительное суффозионное сжатие составляет 0,01.

5.4.7.16 Относительное суффозионное сжатие вычисляют с точностью 0,001, начальное давление суффозионного сжатия - с точностью 0,02 МПа.

5.4.7.17 В процессе компрессионно-фильтрационного испытания грунта при непрерывной фильтрации воды и заданном давлении  следует строить график зависимости относительного суффозионного сжатия  от степени выщелачивания солей  д.е., (приложение П), определяемой по формуле

где - число определений плотного остатка фильтрации за время испытаний;    

- объем воды, профильтровавшейся через образец грунта за период между двумя последующими определениями плотного остатка, л;   

- среднее арифметическое значение двух последующих определений плотного остатка фильтратов за вычетом плотного остатка фильтрующей жидкости, г/л;

- степень засоленности грунта (принимают по результатам определений средней степени засоленности монолита, из которого вырезают образец грунта), д.е.;

- масса сухого образца грунта перед началом испытаний, г.

5.4.7.18 После окончания компрессионно-фильтрационного испытания, а также после выщелачивания солей без нагрузки и последующего загружения образца следует произвести корректировку графика  подставляя в формулу (5.32) вместо значения  значение начальной степени засоленности образца грунта  определяемой по формуле

где - масса сухого образца грунта после окончания испытания, г;    

- степень засоленности образца грунта после окончания испытания, д.е.

6 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕHИЯ ХАРАKТЕРИСТИK ПРОЧHОСТИ

И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ МЕРЗЛЫХ ГРУHТОВ

6.1 Метод испытания шариковым штампом

6.1.1 Сущность метода

6.1.1.1 Испытание мерзлого грунта шариковым штампом проводят для определения предельно длительного значения эквивалентного сцепления  мелких и пылеватых песков и глинистых грунтов, кроме заторфованных засоленных и сыпучемерзлых разностей этих грунтов.

6.1.1.2 Предельно длительное значение эквивалентного сцепления определяют по глубине погружения шарикового штампа в образец грунта от заданной нагрузки при температуре испытаний не ниже минус 5 °С.

6.1.1.3 Значение нагрузки определяют из условия, что давление в образце на первой ступени нагружения должно быть равным напряжению от собственного веса грунта на горизонте отбора образца, а на последней - расчетному сопротивлению грунта под подошвой фундамента  задаваемому программой испытаний.

Примечание - При отсутствии данных значение  допускается принимать по приложению P.

6.1.1.4 Для испытаний используют образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью. Толщина прослоек льда в образце должна быть не более 2 мм, а льдистость 0,4.

Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 71 мм и отношением высоты к диаметру 1:3,5.

6.1.2 Оборудование и приборы

6.1.2.1 В состав установки для испытаний мерзлого грунта шариковым штампом должны входить:

- шариковый штамп диаметром (22±2) мм с опорной плитой и подвижным столиком;

- плоский штамп для предварительного обжатия образца грунта;

- рабочее кольцо для отбора грунта;

- механизм для вертикального нагружения образца грунта;

- устройство для измерения глубины погружения шарикового штампа.

Принципиальная схема установки приведена в приложении С.

6.1.3 Подготовка к испытанию

6.1.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 6.1.1.4.

6.1.3.2 После выдерживания образца в рабочем кольце в течение 12 ч при температуре испытания проводят предварительное обжатие образца через плоский штамп давлением, равным напряжению от собственного веса грунта на горизонте отбора образца, в течение 15 с. После обжатия образец разгружают.

6.1.3.3 Образец грунта в рабочем кольце устанавливают на подвижный столик установки и производят следующие операции:

- покрывают образец защитным кружком из глянцевой или парафинированной бумаги, в котором должно быть вырезано отверстие диаметром, на 2-3 мм превышающим диаметр шарикового штампа;

- устанавливают на образец грунта шариковый штамп и центрируют его, фиксируя момент касания шариком поверхности грунта по показаниям приборов для измерения деформаций образца грунта;

- закрепляют стержень штампа стопорным винтом;

- записывают начальные показания приборов.

6.1.4 Проведение испытания

6.1.4.1 К образцу грунта плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку, увеличивая ее ступенями, общее число которых должно быть не менее пяти.

6.1.4.2 Hагрузку  кH, на последней ступени нагружения вычисляют по формуле

где - диаметр шарикового штампа, см;    

        - расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента, принимаемое по 6.1.1.3,  МПа.

При назначении нагрузки должно соблюдаться условие

где - глубина погружения шарикового штампа в образец грунта через 15 мин после приложения нагрузки, см.

При несоблюдении условия (6.2) следует произвести корректировку нагрузки.

6.1.4.3 Hа каждой ступени нагружения снимают отсчеты по всем приборам для измерения вертикальной деформации образца грунта через 5, 10, 20, 30 и 60 мин после приложения нагрузки, затем через 2 ч в течение рабочего дня и далее - два раза в сутки (в начале и конце рабочего дня) до условной стабилизации деформации.

6.1.4.4 За критерий условной стабилизации деформации принимают приращение вертикальной деформации, не превышающее 0,01 мм за 12 ч.

В обоснованных случаях может быть проведено испытание в ускоренном режиме продолжительностью 8 ч.

6.1.4.5 Испытание заканчивают после достижения условной стабилизации глубины погружения шарикового штампа (6.1.4.4) или, если испытание проводят в ускоренном режиме, через 8 ч после начала испытания.

6.1.4.6 Может быть проведено повторное испытание на том же образце при соблюдении условия: центр следующего погружения шарикового штампа должен отстоять от границ предыдущих отпечатков шарика и от края образца не менее чем на половину диаметра шарика.

6.1.4.7 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

6.1.5 Обработка результатов

6.1.5.1 По показаниям устройств для измерения деформаций определяют глубину погружения шарикового штампа в грунт в конце испытания (по достижении условной стабилизации деформации или через 8 ч - при ускоренном режиме испытания).

6.1.5.2 Предельно длительное значение эквивалентного сцепления мерзлого грунта  МПа, определяют с точностью 0,01 МПа по формуле

где - нагрузка на шариковый штамп, кH;

- диаметр шарикового штампа, см;  

- глубина погружения шарикового штампа в грунт в конце испытания, см;    

- безразмерный коэффициент, равный 1 при испытаниях до условной стабилизации деформации и 0,8 - при ускоренном режиме.

6.2. Метод одноплоскостного среза  по поверхности смерзания

6.2.1 Сущность метода

6.2.1.1 Испытание мерзлого грунта методом одноплоскостного среза по поверхности смерзания проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивления срезу мерзлого грунта, грунтового раствора и льда по поверхности их смерзания с материалом (фундамента или другим твердым материалом)  сопротивления срезу мерзлого грунта по поверхности смерзания с другим грунтом или грунтовым раствором  сопротивления срезу льда по поверхности смерзания с грунтом или грунтовым раствором

6.2.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем приложения к образцу грунта, смороженного с образцом материала фундамента, грунтовым раствором или льдом, касательной нагрузки при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза.

6.2.1.3 Предельно длительные значения сопротивления срезу мерзлого грунта по поверхности смерзания или  определяют как наибольшие касательные напряжения, при которых произошла стабилизация деформации среза образца при заданном нормальном напряжении.

6.2.1.4 Для испытаний используют образцы грунта или грунтового раствора ненарушенного и нарушенного сложений.

Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 1/2 до 1/3 диаметра.

6.2.1.5 Диаметр образца материала должен быть равным диаметру образца грунта.

6.2.2 Оборудование и приборы

6.2.2.1 В состав установки для испытания мерзлого грунта методом одноплоскостного среза по поверхности смерзания должны входить:

- срезной прибор с фиксированной плоскостью среза;

- рабочее кольцо для образца грунта, грунтового раствора, льда с внутренними размерами по 6.2.1.4;

- формы для смораживания образца грунта с материалом фундамента, грунтовым раствором, льдом и грунтом;

- механизмы для создания касательной и нормальной нагрузок;

- устройства для измерения деформаций образца.

Принципиальная схема срезного прибора приведена в приложении Т.

6.2.2.2 Kонструкция срезного прибора должна обеспечивать возможность приложения касательной нагрузки до 10 кH.

6.2.2.3 Формы для смораживания изготавливают из материала низкой теплопроводности (например, органического стекла). Толщина стенок колец формы из органического стекла должна быть не менее 20 мм.

Kонструкция формы должна обеспечивать возможность одностороннего промораживания образца через его торцевые поверхности и исключать отжатие и отток воды из грунта при его промораживании.

Принципиальные схемы форм приведены в приложении У. В форме первого типа подготавливают образцы вида "грунт (грунтовый раствор, лед) - материал" для определения  (6.2.1.1), в форме второго типа - образцы вида "грунт - грунтовый раствор (лед, грунт)" - для определения  и

6.2.3 Подготовка к испытанию

6.2.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 6.1.1.4 и приложения У.

6.2.3.2 Образец материала изготавливают с учетом требований приложения У диаметром, равным диаметру образца грунта, и высотой, определяемой конструкцией срезного прибора.

6.2.3.3 Подготовленный к испытанию образец помещают в срезную коробку прибора и производят следующие операции:

- закрепляют образец так, чтобы плоскость смерзания располагалась в зазоре между подвижной и неподвижной частями прибора, составляющим 1-2 мм;

- устанавливают на образец грунта штамп для передачи нормального давления и центрируют его;

- закрепляют устройства для измерения деформаций образца грунта;

- устанавливают срезной прибор на станину под пресс и центрируют;

- освобождают подвижную часть срезной коробки, присоединяют к ней механизм для создания касательной нагрузки;

- записывают начальные показания устройств для измерения деформаций образца и фиксируют время начала испытания.

6.2.4 Проведение испытания

6.2.4.1 K образцу грунта плавно, не допуская ударов, прикладывают нормальную нагрузку и затем первую ступень касательной нагрузки.

6.2.4.2 Значение нормального давления, при котором проводят испытание, определяют в программе испытаний. При отсутствии данных это давление принимают равным 0,1 МПа.

6.2.4.3 Значение первой ступени касательной нагрузки  и ступени последующего нагружения кH, при испытаниях по определению среза мерзлого грунта, грунтового раствора с материалом фундамента и сопротивления срезу мерзлого грунта по поверхности смерзания с другим грунтом или грунтовым раствором определяют в соответствии с 6.2.4.4. При недостаточном количестве образцов значения  и  могут быть определены по формулам:

где t₁ - касательное напряжение, МПа, принимаемое по таблице 6.1;