Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Владимирский государственный университет им.А.Г. и Н.Г.Столетовых

Кафедра строительного производства

Реферат

Полевые методы определения физико-механических свойств грунтов

Выполнил:

ст. группы ЗСу-218

Борисов Е.Н.

Приняла:

Ольховик Ю.В.

Владимир, 2020

Содержание

Введение

1. Определение физико-механических свойств грунтов

2. Полевые работы

2.1. Метод штампов

2.2. Зондирование (или пенетрация)

3. Прочностные испытания грунтов

3.1. Сдвиг в нескальных грунтах

3.2. Опытные строительные работы

4. Обработка результатов исследований грунтов

Список литературы

Введение

грунт пенетрация строительство

В настоящее время невозможно проектирование и строительство зданий и сооружений без исследования свойств грунтов, на которых предстоит строить. Свойства грунтов исследуют как в лабораториях, так и в полевых условиях на строительных площадках. Сегодня полевые методы исследования грунтов получили широкое развитие. Их преимущество по сравнению с лабораторными методами следующие: - возможность изучения сравнительно большого по объему массива грунтов; - меньшая степень нарушения естественного сложения грунтов; - изучение грунтов в условиях естественного напряжённого состояния; - исследования свойств таких грунтов, образцы которых невозможно отобрать с ненарушенной структурой для лабораторных испытаний. Основным недостатком полевых испытаний грунтов является их относительная сложность и трудоемкость. Опыт показывает, что наиболее целесообразно проводить комплексные исследования свойств грунтов, включающие и лабораторные, и полевые методы, которые дополняют друг друга и способствуют более полному изучению грунтов.

Под механическими свойствами грунтов понимают их поведение под действием внешней нагрузки или при изменении их физического состояния. Характеристики механических свойств грунтов необходимо знать для расчета их деформаций, оценки прочности и устойчивости грунтовых массивов и оснований. Характеристики механических свойств не могут быть назначены в зависимости от физического состава и состояния, грунтов, которые формировались в течение длительного периода времени и испытывали различные воздействия. Они должны определяться экспериментально.

1. Определение физико-механических свойств грунтов

К основным механическим свойствам грунтов относятся:

- сжимаемость (деформируемость ) грунтов;

- сопротивление грунтов сдвигу;

- водопроницаемость грунтов.

Методы исследования свойств грунтов в их естественном залегании называются полевыми.

Выделяются четыре типа полевых методов изучения грунтов:

I - обследование и описание;

II - разведка и опробование;

III - испытание;

IV - натурные наблюдения за возведенными сооружениями.

К полевым методам испытаний грунтов, основанным на моделировании процессов, протекающих при работе основания, относятся: статические испытания грунтов штампами, прессиометрами, зондированием, вращательным срезом, сдвигом целиков грунта и др.

Различают, с одной стороны, прямые и косвенные методы испытаний грунтов, с другой - точные и грубые.

Прямым методом называется испытание, которое приводит к получению искомой характеристики сжимаемости или прочности непосредственно.

Косвенный метод базируется на использовании каких-либо эмпирических зависимостей между результатами испытаний и искомой характеристикой.

Точные и грубые методы различаются степенью влияния случайных ошибок, сопровождающих испытания. В точных методах доля случайной ошибки невелика, в результате чего среднее квадратичное отклонение измеряемой величины характеризует в основном естественный разброс данного показателя. В грубых методах влияние случайных ошибок приводит к значительному увеличению среднего квадратичного отклонения измеряемой величины.

Деформационные характеристики грунтов следует определять преимущественно полевыми методами.

Прочностные характеристики грунтов в полевых условиях должны обязательно определяться в тех случаях, когда затруднительно отобрать образцы грунтов с ненарушенной структурой или когда грунты содержат большое число крупнообломочных включений, размер которых близок к размерам образцов.

Лабораторные методы могут применяться для оценки изменения механических свойств грунтов во времени, а также с целью сокращения объёма полевых исследований грунтов, если для конкретных строительных площадок установлены достаточно надёжные корреляционные связи между характеристиками грунтов, рассчитанными по результатам полевых и лабораторных испытаний. Кстати, как показывает практика, даже в благоприятных инженерно-геологических условиях на полевые работы по изучению свойств грунтов затрачивается свыше 50% срока изысканий на строительной площадке. При определении механических характеристик грунтов необходимо строго соблюдать режим испытаний, прежде всего характер нагружения грунтов. В большинстве случаев испытания проводятся при статическом нагружении грунтов, имитирующем процесс строительства. Необходимо помнить, что механические характеристики оценивают поведение грунтов в рамках той расчетной модели, параметрами которой они являются. Каждая расчетная модель грунта использует свои, присущие этой модели, характеристики.

Характеристики позволяют выяснить какие нагрузки сможет выдерживать почва. Данные параметры необходимы при закладке фундамента, возведении несущих конструкций и при проектировании всех элементов, которые будут соприкасаться с грунтом. Механические свойства являются исходными данными при прогнозировании изменений в состоянии почвы. Параметры позволяют предвидеть геологические процессы, которые происходят близко к поверхности грунта.

2. Полевые работы

Исследование грунтов в полевых условиях, т. е. на строительной площадке, дает определенное преимущество перед лабораторным анализом. Это позволяет определять значения характеристик физико-механических свойств в условиях естественного залегания грунтов без разрушения их структуры и текстуры, с сохранением режима влажности. При полевых исследованиях лучше, чем по результатам лабораторных анализов, моделируется работа массивов грунтов в основаниях зданий и сооружений.

Полевые методы исследования грунтов обеспечивают высокую точность результатов, поэтому в последние годы их используют все больше. При этом совершенствуется техническая оснащенность, применяются ЭВМ. Некоторые полевые методы относятся к экспресс-методам, что позволяет быстрее получать результаты изучения свойств грунтов.

Необходимо отметить, что если полевые методы дают хорошую возможность определять свойства в условиях естественного залегания грунтов, то они не всегда позволяют прогнозировать поведение массивов грунтов на период эксплуатации зданий и сооружений. Поэтому целесообразно разумно сочетать лабораторные и полевые методы.

В полевых условиях определяют все прочностные и деформационные характеристики, как скальных, так и нескальных грунтов.

Среди методов деформационных испытаний грунтов на сжимаемость эталонным следует считать метод полевых штамповых испытаний (ГОСТ 20278--85). Результаты других методов деформационных испытаний, как полевых (прессиометрия, динамическое и статическое зондирование), так и лабораторных (компрессионные и стабилометрические) обязательно должны сопоставляться с результатами штамповых испытаний.

При определении прочностных характеристик грунтов наиболее достоверные результаты дают полевые испытания на срез целиков грунта непосредственно на строительной площадке (ГОСТ 23741--79). Из-за высокой стоимости и трудоемкости этих работ их проводят только для сооружений I класса применительно к расчетам по несущей способности. К I классу относятся здания и сооружения, имеющие большое хозяйственное значение, социальные объекты, объекты, требующие повышенной надежности (главные корпуса ТЭС, АЭС, телевизионные башни, промышленные трубы высотой более 200 м, здания театров, цирков, рынков, учебных заведений и т. д.). Для других случаев строительства (II и III класс сооружений) достаточно надежные показатели С и ф получают в результате лабораторных испытаний грунтов в приборах плоского среза (ГОСТ 12248--78) и трехосного сжатия (ГОСТ 26518--85).

Прочностные характеристики можно также определять по методу лопастного зондирования. Результаты этой работы при проектировании ответственных сооружений сопоставляют со сдвиговыми испытаниями. Это обеспечивает достаточную достоверность результатов исследований.

Ниже приводится краткое описание полевых методов исследований, с помощью которых определяются механические характеристики грунтов, показываются примеры выявления свойств фунтов с помощью производства опытных строительных работ.

Деформационные испытания грунтов. Сжимаемость фунтов изучают методами штампов, прессиометрами, динамическим и статическим зондированием.

2.1Метод штампов

В нескальных фунтах на дне шурфов или в забое буровых скважин устанавливают штампы, на которые передаются статические нагрузки (ГОСТ 20276--85). Штамп в шурфе -- это стальная или железобетонная плита. Форма штампа находится в зависимости от фундамента, который он моделирует, и может быть различной, но чаще всего плита круглая площадью 5000 см³

Для создания под штампом заданного напряжения применяют домкраты или платформы с грузом. Осадку штампов измеряют прогибомерами. При проходке шурфа на отметке подошвы штампа и вне его отбирают образцы фунтов для параллельных лабораторных исследований. Загрузку штампа производят ступенями и выдерживают определенное время. Значение нагрузки устанавливается в зависимости от вида грунта и его состояния. В итоге работы стоят графики:

· зависимость осадки штампа от давления;

· осадки штампа во времени по ступеням нагрузки. После этого по формуле вычисляют модуль деформации фунта Е, МПа.

Штамп в буровой скважине. Для производства работ бурят скважину диаметром более 320 мм. Испытание фунтов проводят специальными установками, которые дают возможность работать на глубине скважины до 20 м. На забой скважины опускают штамп площадью 600 см². Нагрузка на штамп передается через штангу, на которой располагается платформа с грузом. Модуль деформации определяют по формуле.

Определение модуля деформации в массиве скального фунта проводят в опытных котлованах. Испытания ведут с помощью прибетонированных в скале бетонных штампов. Давление на штампы подается от гидравлических домкратов (до 10 МПа). Конечным результатом работы является определение модуля деформации скального фунта по соответствующей формуле.

Рис. 1. Определение сжимаемости грунтов штампами

Прессиометрические исследования проводят в глинистых грунтах с помощью разведочных скважин. Прессиометр представляет собой резиновую цилиндрическую камеру, которую опускают в скважину на заданную глубину. Камеру расширяют давлением жидкости или газа. В процессе работы в стенках скважины замеряют радиальное перемещение грунта и давление. Это позволяет определять модуль деформации грунтов.

2.2 Зондирование (или пенетрация)

Используется для изучения толщ пород до глубины 15--20 м. Сущность метода заключается в определении сопротивления проникновению в фунт металлического наконечника (зонда). Зондирование дает представление о плотности и прочности фунтов на определенной глубине и характеризует изменение в вертикальном разрезе.

Зондирование относится к экспресс-методам определения механических свойств фунтов и применяется в целях ускоренного получения результатов исследований. Этот метод используется при изучении песчаных, глинистых и органогенных фунтов, которые не содержат или мало содержат примесей щебня или гальки. По способу погружения наконечника различают зондирование динамическое и статическое. При статическом зондировании конус в грунт залавливается плавно, а при динамическом его забивают молотом.

Рис. 2Пенетрационно-каротажкая станция:

1 -- зона-датчик; 2 -- штанга; 3 -- мачт; 4 -- гидроцилиндр; 5 -- канал связи; 6 -- аппаратная .станция; 7--пульт управления

Статическое зондирование позволяет;

* расчленить толщу фунта на отдельные слои;

определить глубину залегания скальных и крупнообломочных грунтов;

установить приблизительно плотность песков, консистенцию глинистых грунтов, определить модуль деформации;

оценить качество искусственно уплотненных грунтов в насыпях и намывных образованиях;

измерить мощность органогенных грунтов на болотах. Динамическое зондирование дает возможность определять:

мощность толщ современных (четвертичных) отложений;

границы между слоями;

степень уплотнения насыпных и намывных грунтов. На рис. 2 показана пенетрационно-каротажная станция.

3.Прочностные испытания грунтов

Оценка сопротивления грунтов сдвигу в полевых условиях выполняется как в скальных, так и в нескальных грунтах. Сопротивление грунтов сдвигу определяется предельными значениями напряжений, при которых начинается их разрушение.

В скальных фунтах опыты проводят в строительных котлованах, в которых оставляют целики в виде ненарушенного фунта столбчатого 174 вида. К целикам прикладывают горизонтальное сдвигающее усилие. При этом для правильного определения внутреннего фения и удельного сцепления опыт проводят не менее, чем на фех столбчатых целиках.

31Сдвиг в нескальных грунтах

Испытания на сдвиг в нескальных грунтах выполняют двумя способами:

1) на целиках;

2) с помощью вращательных срезов при кручении крыльчатки.

Работа на целиках аналогична скальным фунтам. Крыльчатка представляет собой лопастной прибор и используется для определения сопротивления сдвигу в пылевато-глинистых фунтах. Крыльчатый четырехлопастной зонд опускают в забой скважины, вдавливают в фунт и поворачивают. При этом замеряют крутящий момент и рассчитывают сопротивление сдвигу.

3.2Опытные строительные работы

При строительстве объектов I класса полевые исследования фунтов приобретают особо важное значение. В ряде случаев прибегают к опытным строительным работам, т. е. к испытаниям фунтов строительными конструкциями. Приведем примеры таких работ.

Опытные сваи. В пылевато-глинистый фунт строительной площадки забивают железобетонную сваю, при этом наблюдают за характером погружения сваи и сопротивляемостью фунта. На сваю дают нагрузку и определяют ее несущую способность, как в условиях природной влажности фунта, так и при его замачивании. Результаты испытаний сравнивают с расчетными данными, полученными на основе лабораторных исследований фунта.

Опытные фундаменты. Строят фундамент будущего здания в натуральную величину и на проектную глубину. На фундамент дают нагрузку, соответствующую нагрузке от будущего здания, и ведут наблюдения за сжатием фунта основания. Так определяется реальная несущая способность фунта и осадка будущего объекта.

Опытные здания. Лессовые фунты обладают просадочными свойствами. Количественную оценку этих свойств производят по данным лабораторных исследований и полевых испытаний фунтов. Несмотря на такую комплексную оценку просадочных свойств не всегда удается правильно оценить будущую устойчивость здания. Для решения этого вопроса строят здания в натуральную величину. Лессовые основания насыщают водой, что искусственно вызывает просадочный процесс. В этот период проводят наблюдения за характером развития просадочного процесса, определяют значения просадок, оценивают состояние конструкций зданий.

4.Обработка результатов исследований грунтов

Оценку свойств массивов фунтов проводят на основе физико-механических характеристик, которые получают по нормативным документам, в результате лабораторных исследований отдельных образцов фунтов и полевых работ на территории массива. Полученные в лаборатории и в поле характеристики отвечают только тем точкам, где были отобраны образцы и проведены полевые испытания грунтов. В связи с этим разрозненные результаты исследований и нормативные показатели необходимо обобщить, т. е. статистически обработать с целью получения усредненных значений и установления их применимости для всего массива фунта. После такой обработки результаты исследований можно использовать в расчетах оснований. Такую работу чаще всего выполняют методом математической статистики.

Стационарные наблюдения

При инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях проводят за развитием неблагоприятных геологических процессов (карстом, оползнями и др.), режимом подземных вод и температурным режимом многолетнемерзлых пород. Заключаются они в выборе характерных участков для наблюдений, установке сети реперов, инструментальных наблюдениях за их перемещением и т. д. Наблюдения ведут в период эксплуатации зданий и сооружений, но они могут быть начаты и в период их проектирования. Продолжительность работ --до 1 года и более.

Список литературы

1. Короновский Н.В. Общая геология. (2011)

2. Соколовский А.К. (ред.) Общая геология. (2009)

3. ГОСТ 30672-99 Грунты. полевые испытания.

4. Информация с официального сайта: http://www.anker-pk.ru/poleznoe/geologich_izyskaniya/shtampovye_ispytaniya_gruntov/

Размещено на Allbest.ru