Описание компрессионного прибора конструкции Гидропроекта.

Основой одометра служит корпус, состоящий из верхней 4, и нижней 3 частей, (рис. 3). В нижней части 3 корпуса одометра установлена металлическая решётка 9. Верхняя часть корпуса одометра соединена с помощью резьбы с нижней частью. Внутри корпуса одометра находится рабочее кольцо 1.Рабочее кольцо имеет высоту 25 мм, внутренний диаметр 87,4 мм и площадь 60 см². В верхнюю часть корпуса одометра 4 ввинчивается направляющее кольцо одометра 2. В цилиндрическую поверхность внутренней части одометра вставляется перфорированный штамп 5. Штамп имеет гнездо для шарика, на который опирается шток пресса при компрессионном испытании грунта и две стойки 7, на которых крепятся индикаторы часового типа 11 (с помощью держателей 12) для измерения деформаций грунта. Измерительные стержни индикаторов опираются на выступы 8 верхней части 4 корпуса одометра. На верхнюю часть корпуса одометра 4 навинчивается арретивное кольцо 6, ограничивающее возможность набухания грунта при испытании. В комплект прибора входит рычажной пресс секторного типа (рис. 4, 5) с соотношением плеч А/Б = 1/10. Одометр 20 устанавливается на базе пресса. Кроме того пресс состоит из нагрузочной рамки 17, 18, тяги 16, секторного рычага с противовесом 33, 35, 39, подвески грузов 7, 8. База пресса 24 крепится винтами 22 на стойках, имеющих опорные винты 1, с помощью которых базу приводят в горизонтальное положение.

Тарировка прибора.

При расчёте деформации образца необходимо учитывать деформацию прибора, для чего производится тарировка прибора. Действительная деформация образца равна разности между суммарной деформацией, зарегистрированной индикатором при опыте и деформацией прибора, установленной при тарировке.

Тарировка производится так же, как и компрессионные испытания: вместо грунта в кольцо закладывается специальный металлический диск и два бумажных фильтра, затем производится загрузка прибора ступенями и по индикатору определяется его деформации. По полученным данным строится график который используется при расчёте деформаций. Тарировка прибора производится 1-2 раза в год.

Лабораторная работа № 9

Определение компрессионной зависимости, характеристик сжимаемости и характера развития деформации грунта во времени

Целью работы является построение компрессионной кривой и кривой консолидации, определение характеристик сжимаемости m₀, m_v, Е₀, соответственно, коэффициента сжимаемости, коэффициента относительной сжимаемости, модуля деформации.

Грунты, залегающие в основании проектируемых сооружений, испытывают на образцах с ненарушенной структурой, а грунты, укладываемые в тело земляных сооружений – в нарушенном состоянии.

Испытания водонасыщенных грунтов и ненасыщенных, но дополнительно увлажняемых в процессе возведения сооружения, проводятся в условиях погружения испытуемого образца под воду, а грунтов, не насыщенных водой и дополнительно не увлажняемых – с сохранением естественной влажности, для чего принимаются меры, исключающие возможность подсушивания грунта в процессе опыта.

Изучение сжимаемости образца грунта с нарушенной структурой производится при заданной плотности сложения. При испытаниях должен быть обеспечен свободный выход воды из образца как вверх, так и вниз через фильтрующие прокладки.

Необходимое оборудование и материалы.

1. Прибор конструкции Гидропроекта (рис. 3-5).

2. Индикаторы для изменения деформации - 2 шт.

3. Весы с разновесками.

4. Фильтровальная бумага.

5. Стекло.

6. Шпатель.

7. Секундомер.

8. Глинистый грунт.

Лабораторная работа рассчитана на 2 занятия.

Ход работы.

Е ЗАНЯТИЕ

Подготовка прибора.

Подготовка образца с ненарушенной структурой.

1. Взвешивают рабочее кольцо 1 одометра (рис.3) с точностью до 0,05г, измеряют его высоту, диаметр, вычисляют площадь, объём и все данные заносят в таблицу 1.

2. Рабочее кольцо ставится острым краем на монолит грунта и лёгким нажимом постепенно врезается в грунт, для чего острым ножом вырезается столбик грунта диаметром, примерно равным диаметру кольца. Лишний грунт вокруг кольца удаляется ножом.

3. После врезки кольца в монолит, заключённая в нём проба отделяется от монолита и зачищается вровень с краями кольца. Эту операцию необходимо выполнить очень тщательно, чтобы объём испытуемого образца был в точности равен объёму полости кольца.

4. Одновременно из остатков грунта, непосредственно прилагающего к телу испытуемого образца, берут пробу на определение удельного веса и влажности.

5. Устанавливают рабочее кольцо на стекло и с помощью шпателя «вмазывают» грунт, поверхность грунта выравнивают с краем кольца.

6. С обеих сторон кольца кладутся кружки фильтровальной бумаги, и кольцо с грунтом взвешивают на весах с точностью до 0,05 г.

7. Результаты взвешивания заносятся в таблицу 1.

Подготовка образца с нарушенной структурой.

8. Определяют объём и вес кольца, как указано в п. 1.

9. Для подготовки образца грунта заданной плотности и влажности берут среднюю пробу размельчённого грунта весом около 200 г для замеса и около 10 г для определения влажности.

10.Пробу, отобранную для замеса, помещают в предварительно взвешенную фарфоровую чашку и взвешивают. Вычитая из веса чашки с грунтом вес пустой чашки, определяют вес грунта q₁.

11.По установленным значениям начальной влажности грунта W₁ и его весу q₁ вычисляют вес q₀, который должен иметь грунт в чашке при заданной влажности W₀:

. (7)

12.Если влажность грунта в чашке оказывается ниже или выше заданной, добавляют воды или подсушивают грунт на воздухе, чтобы влажность грунта приняла заданное значение. Вес воды, которую необходимо добавить, вычисляют по разности q₀ – q₁.

13.Вычисляют необходимый для заполнения кольца вес грунта q при заданной плотности (удельный вес g_о и влажность W_o) по формуле:

, (8)

где V - объём кольца,

g_о - удельный вес грунта при влажности W_o.

14.Устанавливают рабочее кольцо на стекло. Отвешивают из замеса грунт в количестве q и с помощью шпателя заполняют им рабочее кольцо. Выравнивают поверхность грунта строго вровень с краями кольца.

15.Если опыт проводится для грунта без заданной плотности и влажности, то, минуя пункты 9-14, просто устанавливают рабочее кольцо на стекло и с помощью шпателя «вмазывают» грунт, поверхность грунта выравнивают с краем кольца.

16.С обеих сторон кольца кладутся кружки фильтровальной бумаги, и кольцо с грунтом взвешивают на весах с точностью до 0,05 г.

17.Результаты взвешивания заносятся в таблицу 1.

Таблица 1.

Исходные данные для расчётов при компрессионных испытаниях.

№№	Наименование характеристики	Обозначение	Числовые значения
1.	Высота кольца (или начальная высота образца) (см)	ho	2,5
2.	Площадь кольца (см2)	А
3.	Объём кольца (см3)	V
4.	Объём грунта после опыта	Vk
5.	Вес кольца (г)	Q0
6.	Вес кольца с грунтом до опыта (г)	Q1
7.	Вес кольца с грунтом после опыта (г)	Q2
8.	Вес кольца с грунтом после высушивания (г)	Q3
9.	Влажность грунта до опыта
10.	Влажность грунта после опыта
11.	Удельный вес грунта до опыта (г/см3)
12.	Удельный вес грунта после опыта (г/см3)
13.	Удельный вес твёрдых частиц грунта (г/см3)	gs	2,7
14.	Коэффициент пористости до опыта
15.	Коэффициент пористости после опыта

Сборка прибора.

18.Перед сборкой прибора штуцера у нижней части 3 (рис. 3) корпуса одометра закрывают пробками или резиновыми трубками с зажимами. Затем нижнюю часть 3 корпуса одометра заливают водой до верхней поверхности перфорированной прокладки 9.

19.Устанавливают рабочее кольцо с грунтом, острой кромкой вверх, на перфорированную прокладку 9 в нижнюю часть 3 корпуса одометра.

20.Нижнюю часть 3 корпуса одометра свинчивают с верхней частью 4. В верхнюю часть 4 корпуса одометра ввинчивают направляющее кольцо 2.

21.Сверху на грунт устанавливают перфорированный штамп 5. На верхнюю часть 4 корпуса одометра навинчивают арретивное кольцо 6. В гнездо штампа кладут шарик.

22. Одометр в собранном виде устанавливают на базу прибора, На стойках 7 штампа с помощью держателей 12 крепят индикаторы часового типа 11. Отсчеты по малой и большой шкале индикаторов должны быть нулевыми, при этом рама 17-19 (рис.5) фиксируется так, чтобы не было передачи нагрузки на грунт заключенный в одометре. Рычаг с противовесом приводится в горизонтальное положение.

Проведение испытаний.

23.В зависимости от поставленных задач компрессионное испытание грунта производится при его естественной влажности или после насыщения водой. При испытании грунта естественной влажности, для сохранения его естественной влажности на штамп и выступ базы вокруг цилиндра следует положить влажную ткань.

При испытании грунта с предварительным насыщением водой штамп прибора закрепляют арретивным кольцом. Прибор заливают водой, и при закреплённом штампе грунт выдерживают не менее 24 часов до полного его водонасыщения. Закрепление штампа предупреждает набухание грунта при его увлажнении, о чём судят по показаниям индикаторов. При неплотном закреплении штампа арретивным кольцом образец начнёт набухать и индикатор зафиксирует прирост высоты образца. В этом случае следует нажать арретивным кольцом на штамп до предела, пока индикаторы не покажут начальный отсчёт.

24.В дальнейшем ход опыта состоит в уплотнении грунта степенями нагрузки и определении коэффициента пористости, соответствующего каждой ступени нагрузки. Слабые грунты испытывают при давлениях: 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 кгс/см², а более плотные грунты при давлениях: 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 кгс/см².

25.Величину груза, который необходимо приложить на рычаг пресса при заданном давлении на грунт следует определять по формуле:

, (9)

где q - вес нагрузочной рамки и штампа с индикаторами q = 2,3·кгс;

А - площадь образца (А = 60 см²);

р - заданное давление на образец в кгс/см²;

f -передаточное число системы рычага (f = 10).

Для создания первоначального давления на образец грунта, равного, например, 0,25 кгс/см², на подвеску рычага должен быть положен груз 1,27 кгс, который вместе с весом нагрузочной рамки создаёт усилие на штамп одометра:

кгс или кгс/см².

26.При приложении на образец грунта первой ступени нагрузки, после того как на подвеску рычага положен груз, снимается фиксация с нагрузочной рамы и включается секундомер.

27.Приложив нагрузку, необходимо вести наблюдения за деформацией грунта по показаниям индикаторов. Отсчёты по индикаторам берут через промежутки времени, указанные в таблице 2 и заносятся в ту же таблицу.

Таблица 2.

Результаты определения затухания осадки во времени.

Е ЗАНЯТИЕ

28.Каждая последующая ступень нагрузки устанавливается на подвеску прибора после наступления условной стабилизации осадки (через 24 часа после установки предшествующей ступени). Показания индикаторов и время снятия заносятся в таблицу 3. (За условную стабилизацию деформации принимают величину осадки, не превышающую 0,01 мм за время: 30 минут для песчаных грунтов, 3 часа для супесей и 12 часов для суглинков и глин). Увлажняется ткань, лежащая на перфорированном штампе.

Таблица 3.

Журнал компрессионных испытаний.

29.По окончании опыта снимают нагрузку с подвески секторного рычага, удаляют из одометра всю воду и приступают к его разборке. Рабочее кольцо прибора с грунтом взвешивают (Q₂). Затем кольцо с грунтом ставят в сушильный шкаф на 24 часа при температуре 105°С.

30.После высушивания образец взвешивают с точностью до 0,05 г (Q₃). Результаты взвешиваний заносят в таблицу 1 и делают необходимые расчёты.

31.По результатам таблиц 1 и 3 заполняют таблицу 4.

Таблица 4.

Результаты компрессионных испытаний.

Интенсивность давления р, кгс/см2	Полная осадка при данном давлении Si, мм	Изменение коэффициента пористости	Коэффициент пористости
	0,000	0,000	Ео
0,25
0,5
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0

32.По данным таблицы 4 строят компрессионную кривую (рис. 1). Рекомендуемый масштаб: для р: 1 кгс/см² = 2 см; для е: 0,1 = 2 см.

33.По результатам таблицы 4 определяют для заданного преподавателем интервала давлений коэффициент сжимаемости mo, коэффициент относительной сжимаемости m_v и модуль общей деформации Е₀.

34.По данным таблицы 2 строится график осадки глинистого грунта во времени (рис.2). Рекомендуемый масштаб: для S: 0,1 мм = 1 см; для t: 2 мин = 1 см.

Испытание образца песка выполняется аналогично.

Поиск по сайту: