Метод испытания горячим штампом
Сущность метода
7.1.1 Испытание горячим штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости мерзлого грунта: коэффициента оттаивания 
, коэффициента сжимаемости 
, модуля деформации 
.
7.1.2 Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки (открытой или подземной) или непосредственно на поверхности грунта с помощью штампа с внутренним обогревом.
Результаты испытания оформляют в виде графиков зависимости осадки штампа от нагрузки.
7.1.3 При испытании грунта в шурфе размеры шурфа определяют в зависимости от необходимости крепления его стен и глубины проходки. Минимальные размеры шурфа в плане 2,0х2,0 м.
7.1.4 Высота горной выработки при проведении испытаний в штольне (штреке) определяется габаритами установки, применяемой для испытаний, и должна быть не менее 1,8 м.
7.1.5 Проходку горных выработок следует осуществлять с учетом требований 4.7.
7.1.6 Технологию проходки выработки следует принимать из условия сохранения естественного сложения мерзлых грунтов.
7.1.7 Площадка для проведения испытаний должна быть спланирована и оконтурена водоотводной канавой.
Оборудование и приборы
7.2.1 В состав установки для испытания грунта горячим штампом должны входить:
- штамп с внутренним обогревом;
- обогревающее устройство;
|
|
|
- устройство для создания и измерения нагрузки на штамп;
- устройства для измерения осадок штампа и температуры грунта;
- насос для откачки воды.
7.2.2 Конструкция установки должна обеспечивать:
- нагружение штампа ступенями давления по 0,01-0,1 МПа;
- центрированную передачу нагрузки на штамп;
- постоянство давления на каждой ступени нагружения;
- исключение продольного изгиба труб-штанг (крепление труб-штанг при большой глубине испытаний по четырем направлениям).
7.2.3 Штамп должен быть жестким, круглым и плоским со сплошной подошвой площадью 
5000 см 
(допускается 
2500 см ).
Конструкция штампа должна обеспечивать равномерный нагрев его днища электронагревателями или горячей водой до температуры не более 90 °С.
7.2.4 Обогревающее устройство должно быть расположено по периметру штампа (шириной 0,3 его диаметра) и обеспечивать равномерное оттаивание грунта под штампом. При испытании грунтов с естественной влажностью выше влажности на границе текучести должна быть предусмотрена пригрузка штампа, соответствующая вертикальному нормальному напряжению от собственного веса грунта на отметке испытания.
7.2.5 Штампы нагружают домкратом или тарированным грузом.
|
|
|
7.2.6 Устройство для измерения осадок штампа должно соответствовать требованиям 5.2.6 и 5.2.7.
Подготовка к испытанию
7.3.1 На подготовленный забой горной выработки по ее центру или непосредственно на поверхность грунта устанавливают штамп с внутренним обогревом, монтируют устройство для нагружения штампа, реперную систему с приборами для измерения осадок штампа.
7.3.2 Поверхность грунта в пределах площади установки штампа должна быть зачищена до ненарушенного мерзлого грунта и тщательно спланирована. Для достижения плотного контакта подошвы штампа с грунтом под штамп устраивают подушку из маловлажного песка средней крупности толщиной не более 1-2 см для глинистых и не более 5 см - для крупнообломочных грунтов.
7.3.3 Контроль глубины оттаивания грунта под штампом проводят с помощью температурных датчиков и металлического щупа. Температурные датчики устанавливают с интервалом в 10 см в две скважины диаметром 3-4 см и глубиной до 80 см, пробуренные по краям штампа. Скважины необходимо тщательно гидроизолировать охлажденным глинистым грунтом.
7.3.4 Перед началом испытаний для достижения полного контакта штампа с грунтом, обжатия всех конструктивных элементов установки и исключения разуплотнения мерзлого грунта следует приложить на штамп (без включения его обогрева) нагрузку обжатия, соответствующую вертикальному нормальному напряжению от собственного веса грунта 
на отметке испытания (с учетом собственного веса штампа и деталей установки, несбалансированных противовесом), но не менее 0,05 МПа. Нагрузку следует выдерживать до условной стабилизации деформации грунта (осадки штампа). Затем (без сброса нагрузки обжатия) устанавливают показания приборов на нулевые деления.
|
|
|
Проведение испытаний
7.4.1 Испытание проводят в два этапа:
1-й этап - создание под штампом зоны оттаявшего грунта на глубину 0,5 диаметра штампа под давлением 
, соответствующим напряжению на отметке испытания, и приложить нагрузку в соответствии с 7.3.4;
2-й этап - уплотнение оттаявшего грунта ступенчато-возрастающей нагрузкой. Общее число ступеней давления должно быть не менее пяти.
7.4.2 На первом этапе испытаний включают обогрев штампа с помощью обогревающего устройства.
Штамп обогревают до тех пор, пока глубина оттаивания под штампом не станет равной 25-30 см. После этого обогрев прекращают, и дальнейшее оттаивание грунта до глубины 0,5 диаметра штампа (примерно 40 см) происходит за счет запаса тепла в оттаявшем слое.
|
|
|
При понижении температуры грунта на глубине 40 см ниже 0 °С следует проводить кратковременный обогрев штампа, обеспечивающий поддержание оттаивания грунта под штампом в течение испытания до глубины, равной 0,5 диаметра штампа.
7.4.3 Отсчеты по температурным датчикам необходимо производить на первом этапе испытания сначала через каждый час, а по мере приближения границы оттаивания к глубине 40 см - через каждые 15 мин.
На втором этапе испытания отсчеты по температурным датчикам снимают один раз перед приложением очередной ступени давления.
7.4.4 Измерения глубины оттаивания грунта металлическим щупом следует проводить на первом этапе испытания дважды: после прекращения прогрева и при достижении нулевых температур на глубине 40 см, а на втором этапе - каждый раз перед приложением очередной ступени давления.
7.4.5 После стабилизации осадки оттаявшего грунта при напряжении (первый этап испытаний) на штамп подают ступенчато-возрастающие нагрузки (второй этап испытаний). Каждую ступень давления выдерживают до условной деформации грунта (осадки штампа).
7.4.6 За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость осадки штампа, не превышающую 0,1 мм за 2 ч для глинистых грунтов и 0,1 мм за 1 ч - для песков, крупнообломочных и сильновыветрелых скальных грунтов.
7.4.7 Отсчеты по приборам для измерения деформаций проводят на обоих этапах испытаний через 10; 20; 30 и 60 мин от начала испытания и далее - через каждый час до условной стабилизации осадки штампа на каждой ступени нагружения.
7.4.8 Значения ступени давления на штамп на втором этапе испытаний следует принимать: для песков и глинистых грунтов 0,05 МПа, для крупнообломочных грунтов - 0,1 МПа, для сильновыветрелых скальных грунтов - 0,2 МПа.
7.4.9 После окончания испытания установку следует демонтировать, с поверхности оттаявшего грунта под штампом удалить верхний слой толщиной 10 см и отобрать два-три образца для лабораторных определений необходимых характеристик оттаявшего и уплотненного грунта. После этого следует удалить талый грунт, измерить и зарисовать чашу оттаявшего грунта под штампом.
Обработка результатов
7.5.1 По данным испытаний вычисляют средние значения глубин оттаивания грунта (под центром и краями штампа) 
и приращение абсолютной осадки штампа 
для каждой ступени давления.
7.5.2 Для каждой ступени давления вычисляют средние значения приращения относительной осадки 
, и полного значения относительной осадки слоя по формулам:
; (7.1)
. (7.2)
7.5.3 По вычисленным значениям строят график зависимости относительной осадки штампа от давления 
(см. приложение Н).
На графике проводят осредняющую прямую методом наименьших квадратов или графическим методом.
За начальные значения 
и 
(первая точка, включаемая в осреднение) принимают давление, равное напряжению , за конечные значения 
и 
, - такие, при которых нагрузка вызывает приращение осадки, превышающее ее значение на предыдущей ступени не более чем в два раза.
7.5.4 Коэффициент оттаивания по графику принимают равным отрезку, отсекаемому осредняющей прямой на оси ординат.
Коэффициент сжимаемости 
, МПа, вычисляют по формуле
, (7.3)
где 
- устанавливаемое по графику приращение значения относительной осадки на осредняющей прямой, соответствующее интервалу 
;
- безразмерный коэффициент напряженного состояния грунта, который принимают равным 1,35 для крупнообломочных грунтов и сильновыветрелых скальных грунтов, 1,30 - для песков и супесей, 1,20 - для суглинков, 1,0 - для глин.
По полученным значениям вычисляют модуль деформации грунта 
по формуле
, (7.4)
где 
- коэффициент, значения которого принимают равными 0,8 - для крупнообломочных грунтов и сильновыветрелых скальных грунтов, 0,74 - для песков и супесей, 0,62 - для суглинков, 0,40 - для глин.
Коэффициент определяют с точностью 0,001, коэффициент 
- с точностью 0,0001.
Метод среза целиков грунта
Сущность метода
8.1.1 Испытания целиков грунта на срез проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивления грунта срезу 
, угла внутреннего трения 
, удельного сцепления 
для крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов.
8.1.2 Характеристики определяют по результатам среза целика в выработке (расчистке, котловане, шурфе, штреке и т.п.) по фиксированной плоскости касательной нагрузкой при одновременном нагружении целика грунта нагрузкой, нормальной к плоскости среза.
Для глинистых грунтов по специальному заданию могут быть проведены испытания на срез по специально подготовленной плоскости (способ "плашек") и повторный срез. Эти способы применяют для определения характеристик грунта при наличии в исследуемом массиве плоскостей скольжения и трещиноватости.
8.1.3 Допускаются испытания крупногабаритного монолита, отделенного от массива, в крупногабаритной срезной установке по типу лабораторного срезного прибора по ГОСТ 12248.
В крупногабаритной срезной установке при определении показателей прочностных свойств крупнообломочных грунтов допускаются испытания грунтов нарушенного сложения с заданной плотностью и влажностью.
8.1.4 Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором целик грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном давлении. Для определения значений и 
необходимо провести не менее трех испытаний целиков грунта при различных значениях нормального давления при испытании однородного грунта в одной выработке и на одной глубине.
8.1.5 Испытания можно проводить для следующих состояний грунта:
- природного сложения и природной влажности;
- насыпных и намывных грунтов независимо от влажности;
- крупнообломочных грунтов нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.
8.1.6 Испытания проводят по следующим схемам:
- консолидированно-дренированный (медленный) срез - для определения характеристик прочности крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов с показателем текучести 
1 (независимо от коэффициента водонасыщения) в стабилизированном состоянии;
- неконсолидированный (быстрый) срез - для определения характеристик прочности водонасыщенных глинистых грунтов (при 
0,85) с показателем текучести 
0,5 в нестабилизированном состоянии.
Оборудование и приборы
8.2.1 В состав установки для испытания целика грунта методом среза должны входить:
- кольцо с внутренним диаметром 
200 мм и высотой кольца 
, мм. Размер включений не должен превышать 1/5 диаметра образца;
- жесткие штампы размерами, соответствующими внутреннему диаметру кольца;
- механизм для вертикального нагружения целика грунта;
- механизм для создания срезающей нагрузки с анкерным устройством;
- устройства для измерения деформаций целика грунта и прикладываемой нагрузки.
8.2.2 Конструкция установки должна обеспечивать:
- приложение касательной нагрузки в фиксированной плоскости среза или не более чем на 30 мм выше этой плоскости;
- передачу нормальной и касательной нагрузок ступенями или в виде непрерывно возрастающей нагрузки с постоянной скоростью;
- градуировку измерительных приборов и установление поправок на преодоление трения при перемещении кольца (целика) относительно неподвижной части установки.
8.2.3 Для создания нормальных и касательных нагрузок применяют домкраты или тарированные грузы.
8.2.4 Приборы (прогибомеры, индикаторы и др.) для измерения деформаций сжатия и среза целика грунта с погрешностью не более 0,1 мм должны быть надежно закреплены на металлической реперной системе.
Подготовка к испытанию
8.3.1 На отметке испытания в выработке вырезают целик грунта с помощью кольца в следующем порядке:
- кольцо смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки;
- кольцо устанавливают на выровненную и зачищенную горизонтальную поверхность грунта в заранее намеченное положение и постепенно, не допуская перекосов, вдавливают кольцо вручную или с помощью домкрата, обрезая грунт вокруг кольца;
- поверхность грунта в кольце выравнивают и на выровненную поверхность укладывают слой маловлажного песка (мелкого или средней крупности) толщиной 1-2 см для глинистых грунтов и 3 см - для крупнообломочных грунтов.
В нижней части целика между краем кольца и поверхностью грунта в основании выработки оставляют зазор размером 1-2 см, но не менее 1/2 максимального размера включений, по которому должна пройти плоскость среза при испытании. Этот зазор должен быть восстановлен в случае его нарушения при подготовке к срезу грунта.
При отборе крупногабаритных монолитов целик грунта отделяется от массива, для чего в его нижней части между торцом и поверхностью выработки должен быть оставлен зазор высотой 1-2 см, по которому следует провести подрезку и отделение монолита от массива грунта. Затем поверхность отрыва выравнивают, а кольцо с грунтом доставляют к установке, причем во избежание вывала грунта ее торцы закрывают специальными крышками.
8.3.2 После вырезания целика грунта на кольцо устанавливают штамп и монтируют устройство для передачи нормальной и касательной нагрузок и реперную систему с приборами (прогибомерами, индикаторами) для измерения деформаций сжатия и среза целика грунта.
8.3.3 Деформации целика грунта следует определять как среднеарифметическое показаний двух приборов, фиксирующих:
- смещение противоположных сторон кольца в направлении приложения касательной нагрузки в плоскости среза;
- осадку противоположных сторон штампа от нормальной нагрузки.
8.3.4 После монтажа установки и измерительной системы записывают начальные показания приборов (или устанавливают приборы на нулевые деления).
Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 557; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!