RU2008394C1 - Способ определения коэффициента консолидации глинистого грунта - Google Patents
Способ определения коэффициента консолидации глинистого грунта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2008394C1 RU2008394C1 SU4905663A RU2008394C1 RU 2008394 C1 RU2008394 C1 RU 2008394C1 SU 4905663 A SU4905663 A SU 4905663A RU 2008394 C1 RU2008394 C1 RU 2008394C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- soil
- coefficient
- pore
- sample
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Использование: в области инженерно-строительных изысканий для определения свойств грунта при компрессионных испытаниях. Сущность: образец грунта помещают в компрессионный прибор, уплотняют природной нагрузкой σ и одновременно создают в нем начальное гидростатическое давление 
, равное весу столба воды над точкой отбора образца ступенями Δσ и 
. На каждой ступени давления определяют коэффициент фильтрации Kф. Затем образец уплотняют нагрузкой Р при закрытом дренаже до стабилизации порогового давления PW. После чего открывают дренажную систему и измеряют падение величины порогового давления во времени при поддержании постоянным начального гидростатического давления
Description
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для инженерно-строительных изысканий. Оно предназначено для определения коэффициента консолидации грунта непосредственно в процессе испытания образцов грунта в лабораторных условиях.
Известен способ определения коэффициента консолидации глинистых грунтов с нарушенной и ненарушенной структурой [1,2] , включающий загрузку образца в компрессорный прибор, уплотнение его природной нагрузкой при закрытой дренажной системе до стабилизации начального давления в поровой воде, уплотнение дополнительной нагрузкой от возводимого здания или сооружения при закрытой дренажной системе, а после стабилизации порового давления открывают дренажную систему и замеряют изменение порового давления во времени до начального давления в поровой воде, коэффициент консолидации грунта определяют по формуле
Cv=
, (I) где Кф - коэффициент фильтрации грунта;
mv - коэффициент относительной сжимаемости грунта;
γ w - удельный вес воды.
Cv=
mv - коэффициент относительной сжимаемости грунта;
γ w - удельный вес воды.
Недостатком данного способа является погрешность в определении коэффициента консолидации, которая обусловлена тем, что коэффициенты, входящие в расчетную формулу (1), определяются без учета создания начального природного напряженного состояния в образце грунта.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения коэффициента консолидации глинистого грунта, включающий загрузку образца в компрессорный прибор, полное насыщение его водой при закрытой дренажной системе и приложение к нему ступени уплотняющей нагрузки, которую выдерживают до полной стабилизации порового давления Рwmax, а при открытой дренажной системе измеряют падение порового давления во времени, строят график изменения порового давления во времени на участке кривой падения порового давления, соответствующего процессу фильтрационной консолидации грунта, отмечают две произвольные точки и по их координатам определяют величину порового давления Рw1 и Рw2 и соответствующий интервал времени Δ t, на котором происходит падение порового давления от Рw1 до Рw2, а коэффициент консолидации Сv находят по формуле:
Cv= 0,3
, (2) где 0,3 - эмпирический коэффициент;
Н - высота кольца однометра с образцом грунта, м (3).
Cv= 0,3
Н - высота кольца однометра с образцом грунта, м (3).
Недостатком данного способа является погрешность в определении коэффициента консолидации, которая обусловлена тем, что при загрузке образца в компрессионный прибор его сначала уплотняют природной нагрузкой и после этого полностью насыщают водой, что не позволяет создать в образце напряженное состояние, близкое к исходному природному напряженному состоянию грунта в массиве. В результате этого при приложении ступени уплотняющей нагрузки при закрытой дренажной системе и выдерживании ее до полной стабилизации порового давления Рw max, в определении Рw max возникает погрешность, которая будет влиять на весь характер изменения порового давления во времени при открытой дренажной системе, т. е. значения Рw1 и Рw2, входящие в формуле (2) и взятые с кривой падения порового давления, будут искажать результаты расчета коэффициента консолидации глинистого грунта. Использование коэффициента консолидации, определенного данным способом, при решении задач консолидации глинистых грунтов может привести к неправильной оценке напряженно-деформированного состояния массива грунта, находящегося в основании здания или сооружения, а следовательно, вызвать аварийную ситуацию.
Целью изобретения является повышение точности определения путем создания природного напряженного состояния грунта.
Цель достигается тем, что в способе определения коэффициента консолидации глинистого грунта, включающем размещение образца грунта в компрессионном приборе, насыщение его водой, последующее приложение ступени нагрузки при закрытой дренажной системе до стабилизации порового давления в образце, измерение изменения во времени порового давления под приложенной нагрузкой при открытом дренаже и расчет коэффициента консолидации по измеренным данным, согласно изобретению насыщение образца грунта производят путем создания в поровой воде начального гидростатического давления, равного весу столба воды над точкой отбора образца, и одновременно дополнительно уплотняют образец грунта природной нагрузкой, причем природную нагрузку и гидростатическое давление прикладывают ступенчато с определением на каждой ступени давления коэффициента фильтрации грунта, при этом измерение падения величины порового давления во времени осуществляют при сохранении постоянным начального гидростатического давления, а коэффициент консолидации рассчитывают по формуле:
Cv=
, (3) где Сv - коэффициент консолидации грунта;
K
- начальный коэффициент фильтрации грунта, см/с;
А и m - коэффициенты, полученные при обработке данных по определению Кф при ступенчатом приложении природного и гидростатического давлений;
Р - уплотняющее давление, МПа;
Рw - поровое давление в рассматриваемый момент времени, МПа;
γw - удельный вес грунта, г/см3;
n - пористость грунта;
S
- начальная степень влажности грунта;
α - коэффициент растворимости Генри для смеси газов.
Cv=
K
А и m - коэффициенты, полученные при обработке данных по определению Кф при ступенчатом приложении природного и гидростатического давлений;
Р - уплотняющее давление, МПа;
Рw - поровое давление в рассматриваемый момент времени, МПа;
γw - удельный вес грунта, г/см3;
n - пористость грунта;
S
α - коэффициент растворимости Генри для смеси газов.
На фиг. 1,2 приведены схемы отбора образца грунта соответственно из континентальных отложений ниже уровня грунтовых вод (у. г. в) и из донных отложений водных акваторий; на фиг. 3 - графики развития давления Δ Рw в поровой воде образца во времени t; на фиг. 4 - графики изменения начального гидростатического давления Pwo во времени t при уплотнении образца грунта ступеням (от I до V) давления Δσ ; на фиг. 5 - график зависимости коэффициента фильтрации Кф давления в поровой воде Рw.
Способ осуществляют следующим образом.
Образец грунта нарушенной или ненарушенной структуры загружают в компрессионный прибор между верхним неперфорированным штампом и нижним перфорированным штампом, через который в центре образца до середины его высоты вводится тонкая перфорированная игла, соединенная с датчиком порового давления. В нижней части прибора под перфорированным штампом предусмотрена гидравлическая камера, которая заполнена дегазированной водой и соединена посредством трубопровода и кранов с напорным бачком. Тонкая перфорированная игла, соединенная с датчиком порового давления, проходя через гидравлическую камеру и нижний перфорированный штамп, изолирована от гидравлической камеры. Напорный бачок наполнен дегазированной водой и соединен посредством трубопроводов и кранов с компрессором. Образец грунта уплотняют природной нагрузкой σ , равной весу грунта над рассматриваемой точкой в массиве
σ= γ˙H (фиг. 1)
и
σ= Hγ+(Hw-H)γw (фиг 2. ), где γ - удельный вес грунта в массиве;
Н - глубина отбора образца;
Нw - высота столба воды над точкой отбора образца грунта;
γ w - удельный вес воды.
σ= γ˙H (фиг. 1)
и
σ= Hγ+(Hw-H)γw (фиг 2. ), где γ - удельный вес грунта в массиве;
Н - глубина отбора образца;
Нw - высота столба воды над точкой отбора образца грунта;
γ w - удельный вес воды.
Одновременно с приложением давления на поровую воду в образце создают начальное гидростатическое давление P
, равное весу столба воды над рассматриваемой точкой в массиве.
Рwo = Hw ˙ γ w
Приложение давления σ и создание начального гидростатического давления P
создают ступенчато. Ступень Δσ = 0,5-0,1 МПа, а ступень Δ P
= 0,025 - 0,05 МПа. Ступень природной уплотняющей нагрузки прикладывают к образцу через верхний неперфорированный штамп при помощи нагрузочного устройства компрессионного прибора путем набора гирь. А ступень начального гидростатического давления Δ P
создают в гидравлической камере под нижним перфорированным штампом через напорный бачок, в котором заданное давление в воде создается сжатым воздухом от компрессора. При приложении ступени давления внутри образца возникает давление в поровой воде Δ P
(фиг. 3), которое может быть или больше Δ P
(ΔPwH l), тогда наблюдается фильтрация воды из образца, или меньше Δ P
(ΔPwп ll), тогда наблюдается инфильтрация воды в образец.
Приложение давления σ и создание начального гидростатического давления P
Ступени давления Δσ и Δ P
выдерживают во времени до установления в поровой воде образца, созданного в гидравлической камере начального гидростатического давления. Строятся на каждой ступени кривые развития этого давления во времени (фиг. 4) и по ним определяется коэффициент фильтрации грунта. Для определения коэффициента фильтрации решается уравнение
Pw-P
sin 
e
= 0, (4) где Рw - давление в поровой воде в момент времени t;
P
- начальное гидростатическое давление; Рw - начальное давление в поровой воде в момент приложения уплотняющего давления σ ;
h - высота образца грунта;
z - координата точки определения давления в поровой воде по высоте образца;
N= π2cvt/4h2 ;
t - время замера давления Рw; Cv= Kф/ γw(mvs+n˙ mw) -коэффициент консолидации;
Кф - коэффициент фильтрации грунта;
mvs - коэффициент относительной сжимаемости скелета грунта;
mw - коэффициент сжимаемости поровой воды.
Pw-P
P
h - высота образца грунта;
z - координата точки определения давления в поровой воде по высоте образца;
N= π2cvt/4h2 ;
t - время замера давления Рw; Cv= Kф/ γw(mvs+n˙ mw) -коэффициент консолидации;
Кф - коэффициент фильтрации грунта;
mvs - коэффициент относительной сжимаемости скелета грунта;
mw - коэффициент сжимаемости поровой воды.
Коэффициент относительной сжимаемости скелета грунта определяется по известной формуле из компрессионных испытаний.
Коэффициент сжимаемости поровой воды определяется по формуле
mw=
, (5) где S'r - степень влажности при давлении Р' w;
S''r - степень влажности при давлении Р''w; Δ Pw= P''w-P'w - изменение давления в поровой воде.
mw=
S''r - степень влажности при давлении Р''w; Δ Pw= P''w-P'w - изменение давления в поровой воде.
Степень влажности образца грунта определяется по формуле
S
= 
, (6) где Р''w - текущее значение давления в поровой воде;
Р'w - предыдущее значение давления в поровой воде.
S
Р'w - предыдущее значение давления в поровой воде.
Решение уравнения (4) позволяет получить значение коэффициента фильтрации в данный момент времени t. Уравнение (4) решается численно с применением разработанной программы для ЭВМ, что позволяет по кривой развития в поровой воде давления Δ Рw на данной ступени нагрузки для большего количества значений времени t установить значения коэффициента фильтрации. Используя методы статистической обработки результатов определения Кф можно установить окончательное значение коэффициента фильтрации для данной ступени нагрузки.
Коэффициент фильтрации грунта определяется таким образом на всех ступенях приложения уплотняющей природной нагрузки и одновременного создания начального гидростатического давления в поровой воде грунта. Это позволяет получить зависимость коэффициента фильтрации данного грунта от давления в поровой воде (фиг. 3). Апроксимация полученных результатов определения коэффициента фильтрации дает степенной вид этой зависимости. Кф = K
(1+АРw m) (7)
После уплотнения образца грунта природной нагрузкой с одновременным созданием в поровой воде начального гидростатического давления дренажную систему закрывают. Для этого гидравлическую камеру при помощи кранов отсекают от напорного бачка. К образцу прикладывают ступень уплотняющей нагрузки Р. Образец под этой нагрузкой выдерживают до стабилизации порового давления, что фиксируется по датчику порового давления. Затем дренажную систему открывают, но в процессе уплотнения грунта под действием приложенной ступени уплотняющей нагрузки в гидравлической камере начальное гидростатическое давление поддерживается постоянным. При открытой дренажной системе уплотнение образца под действием приложенной ступени уплотняющей нагрузки происходит за счет выдавливания воды из пор грунта через нижний перфорированный штамп в гидравлическую камеру и далее по трубопроводу в напорный бачок, что приводит к падению давления в поровой воде в образце до значения начального гидростатического давления. Изменение порового давления в воде фиксируется при помощи датчика порового давления во времени. Коэффициент консолидации глинистого грунта для каждого момента времени определяют по формуле (3).
После уплотнения образца грунта природной нагрузкой с одновременным созданием в поровой воде начального гидростатического давления дренажную систему закрывают. Для этого гидравлическую камеру при помощи кранов отсекают от напорного бачка. К образцу прикладывают ступень уплотняющей нагрузки Р. Образец под этой нагрузкой выдерживают до стабилизации порового давления, что фиксируется по датчику порового давления. Затем дренажную систему открывают, но в процессе уплотнения грунта под действием приложенной ступени уплотняющей нагрузки в гидравлической камере начальное гидростатическое давление поддерживается постоянным. При открытой дренажной системе уплотнение образца под действием приложенной ступени уплотняющей нагрузки происходит за счет выдавливания воды из пор грунта через нижний перфорированный штамп в гидравлическую камеру и далее по трубопроводу в напорный бачок, что приводит к падению давления в поровой воде в образце до значения начального гидростатического давления. Изменение порового давления в воде фиксируется при помощи датчика порового давления во времени. Коэффициент консолидации глинистого грунта для каждого момента времени определяют по формуле (3).
Таким образом, данный способ определения коэффициента консолидации глинистого грунта обеспечивает повышение точности его определения за счет создания начального природного напряженного состояния, за счет учета переменности коэффициента фильтрации, сжимаемости поровой газосодержащей жидкости, что позволяет с большей достоверностью прогнозировать напряженно-деформированное состояние массивов многофазных глинистых грунтов в основании возводимых зданий и сооружений, правильно устанавливать темпы возведения и пуска их в эксплуатацию. (56) Терцаш К. Теория механики грунтов. М. : Госстройиздат, 1961, с. 276-307.
А. Бишоп и Д. Хенкель. Определение свойств грунта в 3-осных испытаниях. М. , Изд. Лит. по строительству, архитектуре и стройматериалов, 1961, с. 168, 169.
Авторское свидетельство СССР N 1320746, кл. G 01 N 33/24, 1985.
Claims (1)
- СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА КОНСОЛИДАЦИИ ГЛИНИСТОГО ГРУНТА, включающий размещение образца грунта в компрессионном приборе, насыщение его водой, последующее приложение ступени нагрузки при закрытой дренажной системе до стабилизации порового давления в образце, измерение изменения во времени порового давления под приложенной нагрузкой при открытом дренаже и расчет коэффициента консолидации по измеренным данным, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения путем создания природного напряженного состояния грунта, насыщение образца грунта производят путем создания в поровой воде начального гидростатического давления, равного весу столба воды над точкой отбора образца, и одновременно дополнительно уплотняют образец грунта природной нагрузкой, причем природную нагрузку и гидростатическое давление прикладывают ступенчато с определением на каждой ступени давления коэффициента фильтрации грунта, при этом измерение падения величины порового давления во времени осуществляют при сохранении постоянным начального гидростатического давления, а коэффициент Cv консолидации расчитывают по формуле:
Cv=
где Kфo - начальный коэффициент фильтрации грунта;
A и m - коэффициенты, полученные при обработке данных по определению при ступенчатом приложении природного и гидростатического давлений;
P - уплотняющее давление;
Pw - поровое давление в рассматриваемый момент времени;
γw - удельный вес грунта;
n - пористость грунта;
Sro - начальная степень влажности грунта;
α - коэффициент растворимости Генри для смеси газов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4905663 RU2008394C1 (ru) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | Способ определения коэффициента консолидации глинистого грунта |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4905663 RU2008394C1 (ru) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | Способ определения коэффициента консолидации глинистого грунта |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008394C1 true RU2008394C1 (ru) | 1994-02-28 |
Family
ID=21557379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4905663 RU2008394C1 (ru) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | Способ определения коэффициента консолидации глинистого грунта |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2008394C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102967694A (zh) * | 2012-08-13 | 2013-03-13 | 天津城市建设学院 | 基于微结构参数的黏土固结系数预测方法 |
-
1991
- 1991-01-30 RU SU4905663 patent/RU2008394C1/ru active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102967694A (zh) * | 2012-08-13 | 2013-03-13 | 天津城市建设学院 | 基于微结构参数的黏土固结系数预测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Capillary effects on dynamic modulus of sands and silts | |
| Bishop et al. | Some aspects of effective stress in saturated and partly saturated soils | |
| CN102445528B (zh) | 湿度和渗透吸力控制的非饱和土综合试验仪 | |
| US6178808B1 (en) | Apparatus and method for testing the hydraulic conductivity of geologic materials | |
| Rad et al. | New procedure for saturating sand specimens | |
| JP3381991B2 (ja) | 透水性測定装置並びにこれを使用する透水性測定方法 | |
| Mirshekari et al. | A review on soil-water retention scaling in centrifuge modeling of unsaturated sands | |
| Milatz et al. | A new simple shear apparatus and testing method for unsaturated sands | |
| Muraleetharan et al. | The use of miniature pore pressure transducers in measuring matric suction in unsaturated soils | |
| Harpalani et al. | Effect of gas production on porosity and permeability of coal | |
| Zeybek | Suggested method of specimen preparation for triaxial tests on partially saturated sand | |
| RU2008394C1 (ru) | Способ определения коэффициента консолидации глинистого грунта | |
| Didier et al. | Hydraulic performance of geosynthetic clay liners some French laboratory test methods | |
| Penumadu et al. | Strain-rate effects in pressuremeter testing using a cuboidal shear device: experiments and modeling | |
| Al-Shamrani et al. | Swelling behavior under oedometric and triaxial loading conditions | |
| Li et al. | Preliminary study on soil water characteristics of Maryland clay | |
| Almahbobi | Experimental study of volume change and shear strength behaviour of statically compacted collapsible soil | |
| Van Keulen | Density of porous solids | |
| Mahmood et al. | Nature of soil-water characteristics curves (SWCC) for soils from Anbar Governorate | |
| Luthin et al. | The falling water table in tile drainage—A laboratory study | |
| Milatz et al. | Triaxial and simple shear tests on unsaturated sand specimens with negative pore water pressures | |
| Collins | In Situ Testing and its Application to Foundation Analysis in Fine-Grained Unsaturated Soils | |
| Di Mariano et al. | Retention curves and 1-D behaviour of a compacted tectonised unsaturated clay | |
| Mitachi et al. | Estimation of in-situ undrained strength of soft soil deposits by use of unconfined compression test with suction measurement | |
| SU1661627A1 (ru) | Способ определени коэффициента фильтрации грунта |