Лабораторные испытания грунтов реферат

Обновлено: 28.06.2024

Отобранные пробы во время бурения скважин, образцы доставляют в лабораторию, где проводят испытания грунтов. Лабораторные испытания грунтов производят для определения параметров свойств грунтов поддаваться статическим нагрузкам и динамическим воздействиям . В лаборатории грунты нагружают и разгружают, сдвигают, деформируют различным образом, моделируя процессы уменьшения давления на грунт при строительстве котлованов, а затем резкого возрастания нагрузки при строительстве здания. Лабораторные исследования и испытания для определения строительных параметров свойств грунта, носят точный характер.

На грунт создаются давление, по заданным параметрам которое будет создано после строительства. Если сооружение будет подвержено динамическим воздействиям, не только от механизмов внутри, но и от внешних воздействий – например, железной дороги или трамвайной линии, или автострады- то проводят испытания грунтов методом цикличных сжатий.

Составной частью исследований грунтов являются лабораторное изучение грунтов.

Изучение грунтов в лаборатории – это целая совокупность работ, проводимых с целью получения данных, носящих инженерно-геологический характер. В состав этих данных входит информация о свойствах и составе грунтов, в чем и и заключаются геологические исследования.

При помощи различных методов изучаются в первую очередь химические показатели грунтов. Исследуют также механические свойства и физические свойства и физико-механические параметры.

В составе инженерно-геологических изысканий выполняются лабораторные, геологические исследования физико-механических свойств грунтов, в компрессионных и сдвиговых приборах, в приборах трехосного и одноосного сжатия.

Лабораторные исследования грунтов

В результате лабораторных исследований определяется наименование, состав, состояние, физико-механические свойства грунтов, а также химический состав грунтов и грунтовых вод . Геологические исследования грунта проводятся с целью выявления свойств по сцеплению и деформациям массива грунта, моделирования влияния сооружения на грунт.

Для глинистых грунтов определяются физические и механические свойства, показатели сжимаемости и сопутствующие определения.
Для несвязных грунтов предполагается выполнение комплекса определений физических характеристик (грансостав, плотность в рыхлом и плотном состоянии, угол естественного откоса).
Количество отобранных в процессе изысканий образцов грунта должно быть не менее 10 для определения показателей физических и не менее 6 для определения механических свойств по каждому основному литологическому слою (инженерно-геологическому элементу).

Лабораторные исследования грунтов

Лабораторные исследования грунтов проводятся для определения их состава, состояния, физических, механических и химических свойств, что позволяет определить классификационную принадлежность грунта в соответствии с ГОСТ 25100-2011, установить их нормативные и расчетные характеристики, выявить степень однородности (выдержанности) грунтов по площади и глубине для выделения инженерно-геологических элементов, а также прогноза изменения состояния и свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации объекта / СНиП 11-02-96, СП 11-105-97/.
Выбор видов лабораторных исследований производится в зависимости от типа грунта, стадии проектирования и класса ответственности зданий и сооружений в соответствии с требованиями приложения СП 22.13330.2011, СП 47 13330. 2012. При необходимости и в соответствии с техническим заданием могут быть проведены дополнительные исследования грунтов, методы которых регламентированы действующими государственными стандартами (механические свойства грунтов при динамических воздействиях, показатели ползучести и консолидации и др.). При выборе состава, объема, методов и схем лабораторных определений свойств грунтов и их специфических особенностей учитываются условия работы грунтов в основании зданий и сооружений / СП 22.13330.2011/. Если в процессе строительства и эксплуатации проектируемых зданий и сооружений возможны изменения структуры, состава и состояния грунтов, то определяются характеристики грунтов при соответствующих прогнозируемых изменениях структуры, состава и состояния (консистенцию и механические свойства при заданной влажности и плотности грунтов, замачивании, консолидация и др.), в соответствии с требованиями СП 22.13330.2011

Изучение физических показателей

Изучение физических показателей грунтов в лабораторных условиях включает:

— выявление степени влажности;

— исследование минерального содержания;

— выявление степени плотности почвы;

— определение пористости грунта;

— способности грунта давать усадку, свойств к набуханию, если исследуются горные породы;

— определяется разновидность грунта.

Изучение физико-механических показателей

Изучение физико-механических параметров грунта в лабораторных условиях включает:

— определение уровня прочности почвы в процессе сдвига;

— выявление способности к деформации;

— определение прочности почвы в момент сжатия в одну ось;

— определение прочности почвы при растяжении в одну ось;

— способность давать просадку и просадочное давление, которое присутствует изначально.

— изучение угла откоса, получающегося естественным образом.

Изучение химических показателей и физико-химических параметров

Методы изучения по выявлению химических свойств и физико-химических показателей в лабораторных условиях включают:

— выявление наличие солей имеющих свойство растворятся в воде, и их состава;

— выявление карбонатов в почвах;

— выявление общего количества органических веществ, содержащихся в грунте;

— определение уровня липкости почвы;

— степень проницаемости почвы к воде;

— выявление степени промокаемости, насколько грунт может размягчаться, определяется устойчивость горных пород к размыванию;

— уровень проявляемой агрессии грунтов к различным строительным материалам (металлу, бетону).

Изучение грунтов и подземных вод

Исследование грунтов в лабораторных условиях выполняется при помощи современного оборудования. Оборудование дает возможность изучить различные параметры грунта.

В ходе лабораторных исследований проводится изучение состава грунтовых вод и вытяжки воды, полученной из грунта.

Изучение почвы и подземных вод выполняется методами, которые соответствуют установленным в отношении данного процесса нормам.

Лаборатория, занимающаяся исследованием грунтов, имеет аккредитацию, позволяющую осуществлять данную деятельность. На оборудование предоставляются сертификаты, подтверждающие его качество. Есть соответствующие документы, свидетельствующие о том, что оборудование проходило проверки.

Работники лаборатории постоянно повышают свою квалификацию, регулярно проводится контроль проводимых исследований.

Результаты, полученные путем лабораторных исследований, обрабатываются и соотносятся с установленными показателями. Осуществляется контроль над точностью и достоверностью результатов исследований, это позволяет исключить вероятность погрешностей, которые превышают разницу, допустимую в подобном случае. Чтобы повысить точность, проводятся параллельно несколько анализов.

Выявление прочностных свойств и деформационных параметров грунта выполняется при помощи оборудования компрессионного типа отечественного производства, управление которым производится автоматически.

Полученные в ходе лабораторных исследований данные используются с целью разделения грунтов по типам и определению составляющих компонентов. Выявляется состояние и параметры грунтов, которые впоследствии используются в качестве основы для моделирования природной среды.

Все грунты обладают определенными свойствами. При помощи лабораторных методов можно определить уровень влажности почвы, ее плотность, из каких минералов состоит грунт, какого размеры частицы компонентов грунта и свойства, которыми обладают отдельные почвы – способность давать усадку, размокаемость, липкость.

При изучении грунтов в лабораторных условиях применяется современное высокотехнологическое оборудование, которое позволяет получить данные, необходимые для строительства.

В лаборатории исследуются различные виды грунтов. Для того, чтобы провести исследование физических свойств, необходимо взять не меньше десятка образцов почвы. Для выявления механических параметров, требуется не менее шести образцов грунта по всем основным элементам. Что касается исследования подземных вод, то нужно взять не менее трех проб.

Все исследования выполняются в соответствии с установленными требованиями.

Исследования грунтов лабораторными методами представляют собой комплекс работ по получению инженерно-геологической информации о составе и свойствах грунтов. Методы делятся на определение физических, механических, химических и физико-химических свойств грунтов.

определение природной влажности;
изучение минерального состава;
определение плотности, плотности частиц (скелета) грунта;
расчет пористости;
методы по определению предела и числа пластичности (консистенции);
гранулометрический состав;
способность к просадочности и набуханию горных пород;

прочность грунта при сдвиге (одноплоскостном срезе);
определение деформационных свойств грунтов;
прочность грунтов при одноосном сжатии;
прочность грунта при одноосном растяжении;
относительная просадочность и начальное просадочное давление;
определения угла естественного откоса.

определение содержания и состава водорастворимых солей;
определение карбонатов в грунтах;
определение общего содержания органического вещества;
определение липкости грунтов;
водопроницаемость грунтов;
определение размокаемости, размягчяемости и размываемости горных пород;
степень агрессивности грунтов к бетону, цветным и черным металлам;

В нашей лаборатории механики грунтов определение характеристик прочностных и деформационных свойств грунтов, производится на компрессионных и сдвиговых приборах произведенных в России, управление которыми производится автоматизированным многофункциональным комплексом АСИС.

Полученные в грунтовой лаборатории результаты используются в дальнейшем для классификации грунтов по ГОСТ 25100-95 и получению показателей состава, состоянию и свойствам грунтов для использования этих основополагающих параметров в последующем моделировании геологической среды.

Грунты представлены совокупностью свойств и качеств. Имеются свойства, определяемые в лаборатории, присущие всем грунтам, - плотность, влажность, содержание и состав минералов, размер частиц слагающих грунты, а также свойства присущие отдельным грунтам, - просадочность, ползучесть, пластичность. Задачи решаемые в грунтовой лаборатории разнообразны: определение свойств, характеризующих грунты, как основание сооружений (компрессионная сжимаемость); оценка устойчивости откосов грунтов, расчет их давления на подпорные стенки (определение значений угла внутреннего трения (φ) и сцепления (с)). В лаборатории исследуют гидрогеологический параметр - коэффициент фильтрации, и параметров от которых он зависит – плотность, пористость, гранулометрический состав. Нередко, в лаборатории грунтов определяют свойства, которые характеризуют грунт при разработке котлованов, выемок (липкость грунта, размываемость, размягчаемость).

Современный технический прогресс, примененный в изучении прочностных и деформационных свойств горных пород в грунтовых лабораториях, позволяет с высокой точностью выполнять эти испытания.

Лабораторные исследования грунтов и воды помогают узнать, как участок будет вести себя в условиях статической нагрузки и динамического воздействия извне: для этого искусственно создают нагрузку, соответствующую уровню той, что появится в месте строительства после возведения объекта. Все свойства, выявленные в лаборатории, отличаются достоверностью и высокой точностью.

Какую информацию дают лабораторные исследования грунтов?

Обязательный этап любого строительства — это проведение инженерных изысканий. При проведении этих работ грунт исследуют в полевых условиях и набирают образцы для лабораторного анализа. Это нужно, чтобы протестировать пробы в условиях, которые нельзя воссоздать на участке: бывает так, что имитация воздействия нужного масштаба на поле невозможна.

Во время лабораторных испытаний грунт проверяют не только статичными нагрузками, но и динамическими. Для этого искусственно создают воздействие, уменьшенное по силе пропорционально объему грунта, и фиксируют результаты испытаний.

В каких случаях нужно нельзя провести полевые испытания

К воздействию извне, которое нельзя отследить в месте естественного залегания грунтов, относят, например, снижение нагрузки при рытье котлована под фундамент и последующее возрастание давления, которое возникает при строительстве.

Тесты на динамическое воздействие нужны, если возле будущего объекта пролегают трамвайные линии, железнодорожные пути или шоссе с большой проходимостью. Не важно, на в каком состоянии инфраструктура — уже есть или строительство путей начнется в отдаленном будущем, — рассчитать дополнительную динамическую нагрузку, которую дает такое соседство, возможно только в искусственно смоделированных условиях.

Выявление физических свойств грунта

Исследование этих показателей позволяет выявить параметры, которые опасно игнорировать при проектировании: если заложить объект, который даст нагрузку больше, чем способен вынести участок, грунт сместится, и начнется разрушение здания.

Когда почва проседает под весом здания, возникает асимметрия, и давление перераспределяется. Это происходит неравномерно, фундамент и стены могут дать трещины, и тогда дальнейшая эксплуатация постройки станет опасной или вовсе невозможной.

Чтобы не допустить неграмотного проектирования, определяют следующие физические параметры грунтов:

минеральный состав: это важно, потому что почва состоит из сотен различных минералов, каждый из которых имеет собственный химический состав и строение;
естественная влажность — она определяется влагой, которая есть в порах. Как правило, нормальный показатель колеблется в рамках 3–8%;
порозность и плотность почвы: показатели дают представление о физико-химических процессах, которые происходят в грунтах;
предрасположенность горных пород к набуханию и усадке: эти два аналогичных процесса могут значительно повредить фундаменту сооружения, т.к. в случае изменения объема грунта под основанием происходит деформация.

Все эти данные позволяют определить или подтвердить вид и послойный состав грунтов, что, в свою очередь, поможет рассчитать максимально допустимые значения нагрузок и оптимально подобрать строительные материалы.

Определение химического состава

Залог надежного сооружения — это его фундамент. Основание объекта неизбежно подвергается воздействию окружающих его веществ — химических соединений, которые содержатся в грунте. Чтобы определить, насколько агрессивно его слои ведут себя по отношению к металлическим и бетонным конструкциям, определяют химические показатели проб, взятых на участке. Также специалисты выявляют липкость слоев, измеряют, насколько каждый из них водопроницаем и подвержен размытию, и рассчитывают вероятность размягчения грунтов.

Для химического анализа берут три пробы грунта на каждый из необходимых инженерно-геологических элементов. Чтобы оценить коррозионную активность по отношению к стали, алюминию и свинцу, проводят анализ не менее, чем трех образцов грунтовых вод.

Во время выполнения тестов особое внимание уделяют ряду параметров:

определяют, насколько устойчивы горные породы к размыванию;
тестируют пробы на содержание карбонатов;
проверяют наличие и концентрацию растворимых в воде солей;
выявляют общий состав веществ, которые содержит грунт, и определяют их количество.

Физико-химические параметры грунтов на участке могу сыграть против строительства, поэтому выбирать материалы наугад категорически нельзя. Чтобы найти оптимальное решение, следует отталкиваться от результатов лабораторного исследования.

Для химического анализа берут три пробы грунта на каждый из необходимых инженерно-геологических элементов

Определение механических параметров

Изучение механических свойств грунта главным образом помогает выявить деформационные характеристики.

Лабораторные методы исследования грунтов для выявления физико-механических качеств направлены на получение перечисленных ниже данных.

при компрессии почвы в одну ось;
при растяжении почвы в одну ось;
в процессе сдвига.

Деформативные характеристики почвы:

измерение просадочного давления и моделирование ситуации с его увеличением — чтобы просчитать просадку грунта в этих условиях;
изучение угла откоса, который возникает в естественных условиях;
собственно, способность к деформации каждого из слоев.

Знание этих особенностей позволит спрогнозировать поведение почвы в разных условиях: застройщик будет точно знать максимально допустимую нагрузку на участке, и это позволит спроектировать безопасное сооружение.

Как выбрать исполнителя работ?

Прежде чем сдавать образцы на лабораторные исследования грунтов, нужно выбрать проверенного подрядчика, который для вас эти образцы добудет. Выгоднее заказывать две услуги одновременно — брать пробы во время проведения инженерно-геологических изысканий . Специалисты пригонят на участок технику и проведут полевые испытания, в ходе которых и наберут нужное количество образцов. Оптимален вариант, когда компания, которая выполняет изыскания, занимается и лабораторными работами: так заказчик получает все необходимые сведения в одном отчете, который в итоге пойдет на согласование в надзорные органы и поможет спроектировать безопасное сооружение.

Лицензии — это не просто бумага

Технический отчет имеет юридическую силу, если у компании, которая его выдала, есть все необходимые разрешающие документы. Если отчет будет выдан фирмой без лицензии или с просроченными документами, документ не будет считаться действующим.

Лабораторные исследования дают исчерпывающую информацию о свойствах грунтов и позволяют спрогнозировать их поведения в условиях нагрузки, которую даст будущий объект. В совокупности с геологическими, геофизическими и другими инженерными изысканиями результаты лабораторных испытаний помогут самым точным образом спроектировать надежное и безопасное сооружение.

Полевые испытания пробной статической нагрузкой используются для определения как деформационных, так и прочностных характеристик в тех случаях, когда оказывается трудно или даже невозможно отобрать образцы грунта без нарушения их природного состояния. Кроме того, полевые испытания являются основным методом исследования трещиноватых скальных грунтов.

Испытания пробной статической нагрузкой для определения модуля деформации грунтов проводятся в шурфах или скважинах инвентарными жесткими штампами в первом случае площадью 5000…10000 см 2 , во втором – 600 см 2 .

Рис. 1. Схема (а) и результаты (б) полевых испытаний грунта на сжатие.

Схема опыта показана на рис. 1, а. На дно шурфа или скважины 1 устанавливается плотно притертый к основанию штамп 2, соединенный стойкой 3 с нагрузочной платформой 4. К платформе прикладывается возрастающая ступенями нагрузка 5 ( в производственных условиях часто создается фундаментными блоками). Зная давление , создаваемое в основании штампа нагрузкой, и измеряя стабилизированную осадку от каждой ступени, можно построить опытную зависимость , показанную на рис. 1,б. Начальный участок этой кривой соответствует модели линейного деформирования грунта. Тогда модуль деформации грунта определяется по формуле:

где - коэффициент, зависящий от формы жесткого штампа и принимаемый для круглого штампа равным 0,78; для квадратного – 0,88; - ширина или диаметр штампа; - коэффициент Пуассона грунта; , - давление и осадка штампа в пределах линейной зависимости кривой на рис. 1,б.

Модуль деформации изотропных грунтов можно определять с помощью прессиометра. В результате испытаний получают график зависимости приращения радиуса скважины от давления на ее стенки. Модуль деформации определяют на линейный участок и вычисляют по формуле: , где - коэффициент, принимаемый равным 3 при глубине , 2 при глубине и 1,5 при глубине ; - начальный радиус скважины; - приращение радиуса, соответствующее .

Определение прочностных характеристик в полевых условиях

Испытания проводятся в шурфах, котлованах и других выработках. Для получения характеристик и определяют сопротивление срезу не менее чем трех целиков при различных вертикальных нагрузках. Схемы испытаний принимаются те же, что и в лабораторных условиях. Значения и находят на основе построения зависимости сопротивления срезу грунта от нормального напряжения .

Рис. 2. Схемы испытаний грунта в скважинах на срез.

а) – кольцевой; б) – поступательный; в) – вращательный крыльчаткой:

1 – лопасти; 2 - распорные штампы; 3 - скважины; 4 – штанги; 5 – устройства для создания и измерения усилия.

Полевое определение характеристик и в стенах буровой скважины проводится методами кольцевого и поступательного среза. Схемы испытаний приведены на рис. 2. Эти методы применяются для испытаний грунтов на глубинах до 10 м (кольцевой срез) и до 20 м (поступательный срез). В методе кольцевого среза используется распорный штамп с продольными лопастями, в методе поступательного среза – с поперечными лопастями. С помощью распорного штампа лопасти вдавливаются в стенки скважины, и создается нормальное давление на стенки. В методе кольцевого среза грунт срезается вследствие приложения крутящего момента, а в методе поступательного среза – выдергивающей силы. Для получения характеристик и необходимо провести не менее трех срезов при различных нормальных давлениях на стенки скважины и построить зависимость .

Метод вращательного среза с помощью крыльчатки, вдавливаемой в массив грунта или в забой буровой скважины (см. рис. 2,б) позволяет определить сопротивление срезу , поэтому его рекомендуется применять при слабых пылевато-глинистых грунтах, илах, заторфованных грунтах и торфах, так как для них угол внутреннего трения практически равен нулю и можно принять . Испытания крыльчаткой проводят на глубинах до 20 м.

Для определения характеристик прочности в полевых условиях применяют методы выпирания и обрушения грунта в горных выработках. Значения и вычисляют из условий предельного равновесия выпираемого и обрушаемого массива грунта.

Для определения удельного сцепления связных грунтов в полевых условиях Н.А. Цытовичем был предложен и широко используется в практике изысканий метод шариковой пробы. Существо метода заключается в том, что с помощью шарика диаметром на грунт передается усилие и измеряется осадка штампа (рис.3). Тогда в соответствии с решением академика А.Ю. Ишлинского сцепление можно определить по формуле

При проведении испытаний необходимо, чтобы отношение осадки штампа к его диаметру находилось в пределах .

Читайте также: