Способ определения сжимаемости мерзлого грунта при оттаивании в основании зданий и сооружений Советский патент 1992 года по МПК E02D1/00 

Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий, а точнее к определению характеристик сжимаемости мерзлых грунтов для расчета осадки оснований зданий, возводимых по принципу Г с допущением оттаивания в процессе строительства и эксплуатации,

Известен полевой способ испытаний мерзлого грунта при оттаивании штампами, включающий проходку горной выработки, зачистку ее поверхности, установку штампа на подготовленную поверхность мерзлого 1 грунта,иагружёние штампа нагрузкой.соот- ветствующей природному давлению на горизонте установки штампа, выдерживание этой нагрузки до стабилизации Осадки

штампа, оттаивание грунта при этой нагрузке и дальнейшее уплотнение ступенчато- возрастающей нагрузкой с регистрацией осадки штампа и глубины оттаивания поц ним и определением характеристик сжимаемости по осадкам штампа после начал з оттаивания.

Недостатком этого способа является тс, что при проведении испытаний по этой методике на глубинах И, где природное давление Р( больше начальной критической нагрузки на оттаянный грунт Ркрт под штампом, установленном на поверхности этого грунта, за контуром штампа и процессе оттаивания и уплотнения развиваются зоны сдвигов (предельного равнове3

со

о

ON

сия), которые определяют нарушение линейной зависимости между приращениями осадки штампа и давлением под его подошвой, Это приводит к получению недостоверных, завышенных результатов в определении характеристик сжимаемости и ограничивает глубину их проведения.

Известен полевой способ определения компрессионной сжимаемости мерзлого грунта при оттаивании, включающий обжа- тие грунта давлением через штамп, соответствующим природному давлению на уровне установки штампа, нагружение обоймы, оттаивание грунта с помощью штампа на заданную глубину с одновременным погружением обоймы на эту глубину, дальнейшее допогружение штампа и наблюдение за его осадкой и глубиной оттаивания в ходе испытаний,

Недостатком этого способа является необходимость двух сметем нагруженмя самого штампа и обоймы, что затрудняет испытания.

Наиболее близким техническим решением является способ определения сжима- емости мерзлого грунта при оттаивании в основании зданий и сооружений, включающий проходку горной выработки, выравнивание ее поверхности, установку на нее испытательного штампа, обжатие мерзлого грунта в ограниченном диапазоне давлений ступенчато-возрастающей нагрузкой с выдерживанием нагрузки до затухания деформаций и их измерением, разгрузку, оттаивание и дальнейшее нагружение отта- явшего грунта теми же величинами ступеней нагрузки с выдерживанием нагрузки на оттаянный грунт до затухания деформаций и их измерением. При этом изменение давления под штампом принимают в диапазо- не изменения природного давления между верхней и нижней границами залегания испытываемого инженерно-геологического элемента.

Недостатком этого решения является то, что при проведении испытаний инженерно-геологических элементов на глубинах Н, где природное давление PV иг:и расчетное Рг больше критической нагрузка на оттаянный грунт Р«рт опд штампом, уста- новлбнным на поверхности этого грунта, за контуром штампа в процессе оттаивания и нагружения развиваются зоны сдвигов, которые приводят к завышению данных для определения зависимости осадки от давле- ния и недостоверности определения по этой зависимости осадки при оттаивании основания.

Целью изобретения я-вляется повышение достоверности определения характеристик сжимаемости при испытаниях, в которых расчетное давление на основние должно превышать начальную критическую нагрузку на штамп, установленный на поверхность оттаянного грунта.

Цель достигается тем, что в способе определения сжимаемости мерзлого грунта при оттаивании в основании зданий и сооружений, включающем проходку горной выработки, выравнивание ее поверхности, установку на нее испытательного штампа, обжатие мерзлого грунта в ограниченном диапазоне давлений ступенчато-возрастаю- щей нагрузкой с выдерживанием ее до зату- хзния деформаций и их измерение, разгрузку, оттаивание и дальнейшее нагружение оттаявшего грунта теми же величинами ступеней с выдерживанием до затухания деформаций оттаявшего грунта и их измерением с последующим определением сжимаемости грунта по полученным данным, перед установкой штампа из забоя горной выработки отбирают образцы мерзлого грунта, осуществляют их оттаивание и определение на образце начальной критической нагрузки, а при обжатии мерзлого грунта испытательным штампом верхний предел ограниченного диапазона принимают не превышающим величины начальной критической нагрузки, причем нагружение штампа после оттаивания мерзлого грунта производят до сохранения линейной зависимости между осадкой штампа и нагрузкой и вычисляют параметры этой зависимости в виде коэффициентов оттаивания и сжимаемости, а определение сжимаемости мерзлого грунта для расчета осадки зданий и сооружений осуществляют экстраполяцией полученной зависимости на диапазон фактических давлений в оттаивающем, в процессе эксплуатации основания.

На фиг.1 изображена схема установки для проведения испытаний; на фиг,2 - графики последовательности изменения давления Р и развития деформации Я штампа при испытаниях.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Проходят горную выработку (шурф или дудку), зачищают ее забой и из него отбирают образцы мерзлого грунта, которые доставляют в лабораторию, оттаивают и в этом состоянии определяют значения сцепления С, угла внутреннего трения у и начальной критической нагрузки РКрт при установке штампа на поверхность оттаянного грунта по формуле

РкрТ МуЬу+МсС,

где у- удельный вес грунта;

b - ширина квадратного или диаметр круглого штампа;

М„иИ Мс - табулированные безразмерные коэффициенты, зависящие от сцепле- ния С и угла внутреннего трения р грунта.

По полученному значению начальной критической нагрузки Рхрт назначают давление на грунт на всех п ступенях нагруже- ния Р-i...Pn в диапазоне Р -- О...РП Р«рт, например, разбивая его равномерно Pi РкРт/п, Р2 2Ркрт/п...Рп Ркрт.

После проходки выработки и выравнивания ее забоя на подготовленную поверхность зтого забоя устанавливают штамп 1 и обогреваемый воротник 2. На штамп 1 устанавливают подвижные части измерителей деформации 3, укрепленных на неподвижной реперной системе 4. после чего с помощью гидродомкрата 5. соединенного с неподвижной упорной балкой 6 посредством стойки 7 на штамп 1. подстилаемый мерзлым грунтом, задают нагрузку, соответствующую давлению на первой ступени PL эту нагрузку выдерживают до стабилиза- ции деформации AIM штампа 1, измеряемой индикаторами деформаций 3 Ступенчатое нагружение штампа со стабилизацией деформаций AiM., Лзм продолжают до давления Рп Ркрт После стабилизации осадки на последней ступени Рп, штамп нагружают, до давления первой ступени PL включают обогрев штампа 1 и воротника 2 и оттаивают ими грунт 8 под штампом на заданную глубину h; После выключения обогрева давле- ние Pi выдерживают до стабилизации деформации AiT. Затем нагрузку ступенчато повышают теми же ступенями давления (Р2 Рз ... Рп) и выдерживают до стабилизации деформации far... Ли. При этом ис- пытание продолжают до сохранения линейной зависимости между деформацией и давлением, об окончании которой судят по превышению приращения деформации на очередной ступени над приращением де- формации на предыдущих участках, например, An - An - 1 Ј АО - 1 - An - 2

В процессе испытаний оттаянного грунта индикаторами 3 измеряют деформации ( Atr, Аат. - ), щупом 9 глубину оттаивания h. а по показаниям манометра 10 определяют давление под штампом и по этим данным строят график, изображенный на фиг.2. Полученные опытным путем зависимости де- формации штампа А от давления под ним Р аппроксимируют прямыми наилучшего приближения к экспериментальным точкам графически или методом наименьших квадратов формулами:

для мерзлых грунтов

Ам Р ;

для оттаянных грунтов

Ат -а, Р .

Коэффициенты оттаивания Ath и сжимаемости оттаивающих грунтов, определяют по формулам

Аи Т

А Кт - Км РМ

д-- ь

где h - глубина оттаянной зоны;

Кт и Км - коэффициенты, учитывающие разницу между напряженным состоянием грунта под штампом и в основании и определяемые по формулам

Кт 0-г™;):(1-):

Кн-(1-1)(1-1),

где rM и t T- соответственно коэффициенты поперечного расширения испытываемого грунта в мерзлом и талом состоянии;

Wji и (i)x - коэффициенты, зависящие от формы штампа и толщины сжимаемой толщи h.

Осадку оттаявшего основания S0, определяют экстраполяцией по формуле

So-Ath ДН. где АИ - толщина оттаявшего слоя основания;

Ро - среднее давление в оттаивающем слое основания здания или сооружения,

Формула изобретения

Способ определения сжимаемости мерзлого грунта при оттаивании в основании зданий и сооружений, включающий проходку горной выработки, выравнивание ее поверхности, установку на нее испытательного штампа, обжатие мерзлого грунта в ограниченном диапазоне давлений ступенчато-возрастающей нагрузкой с выдерживанием ее до затухания деформаций и их измерение, разгрузку, оттаивание и дальнейшее нагружение оттаявшего грунта теми же величинами ступеней с выдерживанием до затухания деформаций оттаявшего грунта и их измерением с последующим определением сжимаемости грунта по полученным данным, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения характеристик сжимаемости при испытаниях, в которых расчетное давление на основание должно превышать начальную критическую нагрузку на штамп, установленный на поверхность оттаянного грунта, перед установкой испытательного штампа из забоя горной выработки отбирают образцы мерзлого грунта, осуществляют их оттаивание и определение на образце начальной критической нагрузки, а при обжатии мерзлого грунта испытательным штампом верхний предел ограниченного диапазона принимают не превышающим величины начальной критической нагрузки, причем на- гружение штампа после оттаивания мерзлого грунта производят до сохранения линейной зависимости между осадкой

штампа и нагрузкой и вычисляют параметры этой зависимости в виде кбэффициентов оттаивания и сжимаемости, а определение сжимаемости мерзлого грунта для расчета осадки зданий и сооружений осуществляют экстраполяцией полученной зависимости на диапазон фактических давлений в оттаивающем в процессе эксплуатации основании.

Использование: в строительстве для определения характеристик сжимаемости мерзлых грунтов при оттаивании. Сущность: способ включает предварительный отбор образцов мерзлого грунта из горной выработки, лабораторные определения начальной критической нагрузки РКрг, установку штампа на забой выработки, обжатие мерзлого грунта ступенчато возрастающей нагрузкой до РКрт с последующей разгрузкой, оттаивание и дальнейшее нагружение грунта теми же ступенями нагрузки до сохране- .ния линейной зависимости между осадкой штампа и нагрузкой. Сжимаемость мерзлого грунта для расчета осадки зданий и сооружений, расчётное давление на основание которых должно превышать РКрт на штамп, осуществляют эстраполяцией полученной зависимости на диапазон фактических давлений в оттаивающем в процессе эксплуатации оснований. 2 ил. (Л С

Л

Pi / Р& фиг. 2