ГОСТ 24586-90

45 коп. БЗ 7—9#/51в

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ЯШ

МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

ГОСТ 24586-90

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОМИТЕТ СССР

Москва

УДК 624.131 3.001.4 : 006 354    Группа    Ж39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ стандарт СОЮЗА ССР

ГРУНТЫ

Методы лабораторного определения характернаик прочности и деформируемости мерзлых грунтов

Soils. Laboratory methods for determining strength and strain characteristics of frozen sods

OKCTV 2009

roci

24586—90

Дата введения 01.09.90

Настоящий стандарт распространяется на песчаные (кроме песков гравелистых и крупных), пылевато-глинистые грунты в мерзлом состоянии и устанавливает методы лабораторною определения характеристик прочности и деформируемости при исследованиях грунтов для строительства

Стандарт не распространяется па заторфоваппые, засоленные и сыпучемерзлые грунты, а при определении предельно длительного значения эквивалентного сцепления — также на пески средней крупности.

Основные термины и их пояснения приведены в приложении 1.

1. общий положения

1.1. Настоящий стандарт устанавливает следующие меюды лабораторных испытании мерзлых грунтов компрессионного сжатия; одноосного сжатия; испытания шариковым штампом,

одпоплоскостного сдвига образцов ipvra, смо южеппьл образцами материала фундамента.

12. Лабораторные испытания указанными методами проводят в соответствии с пршраммой исследований для определения следующих характеристик прочности и деформируемости мерзлых грунтов*

коэффициента сжимаемое!в пластичномерзлых трмгтог б ; коэффициента оттаивания A_lh и сжимаемости б при о11 швапии мерзлых грунтов;

модуля линейной деформации Е;

Издание официальное    Перепечатка    воспрещена

\i^i Изда1ельство с i апд ip^{1    1}    ^0

2—2268

4.3.    Приборы и оборудование

4.3.1.    В состав установки для испытаний мерзлого грунта на одноосное сжатие должны входить:

платформы (подвижная и неподвижная) с набором штампов для установки и крепления образца грунта;

механизм для вертикального нагружения образца (п. 1.13); устройства для измерения продольных и поперечных деформаций (п. 1.14).

Принципиальная схема установки приведена в приложении 8.

4.3.2.    Конструкция установки и механизма для вертикального нагружения образца грунта должна обеспечивать:

центрированную передачу нагрузки на образец грунта; возможность нагружения образца грунта ступенями или непрерывно при постоянной скорости деформирования образца не менее 1 мм/с;

постоянство давления на каждой ступени нагружения; общую нагрузку на образец грунта не менее 30 кН (3 тс); возможность деформации образца не менее 30 мм.

4.4.    Подготовка к испытаниям

4.4.1.    Подготовленный в соответствии с требованиями разд. 2 образец грунта, извлеченный из кольца пробоотборника, помещают между нижним и верхним штампами и производят следующие операции?

закрепляют паровлагонепроницаемую оболочку на боковых поверхностях штампов;

на образец устанавливают устройства для измерения поперечных деформаций;

образец со штампами помещают на нижнюю неподвижную платформу установки и центрируют;

закрепляют устройства для измерения продольных деформаций образца;

размещают термометры в соответствии с требованиями п. 1.9.

4.4.2.    После выдерживания образца грунта в установке в соответствии с требованиями п. 2.10 производят предварительное обжатие образца давлением, равным напряжению от собственного веса грунта на горизонте отбора образца (но не более половины условномгновенного значения прочности на одноосное сжатие), в течение 15 с. Затем образец разгружают, записывают показания ириборов и фиксируют время начала испытаний.

4.5.    Проведение испытаний при непрерывном быстром возрастании нагрузки

4.5.1. К образцу грунта плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку, увеличивая ее непрерывно и обеспечивая постоянную скорость деформирования образца не менее 1 мм/с (п. 4.2.1).

прочности на одноосное сжатие (условно-мгновенного и предельно длительного значений Roc и R_c)\ коэффициента поперечного расширения v; коэффициента нелинейной деформации А; коэффициента вязкости сильнольдистых грунтов ri; предельно длительного значения эквивалентного сцепления мерзлых грунтов С_вд;

сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по поверхности смерзания с материалом фундамента R_af.

1.3.    Испытания (за исключением испытаний для определения сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по поверхности смерзания с материалом фундамента) следует проводить на образцах грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и льди-стостью.

1.4.    Сопротивление мерзлых грунтов сдвигу по поверхности смерзания с материалом фундамента определяют на образцах грунта нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

1.5.    Для определения основных прочностных и деформационных характеристик мерзлых грунтов используют образцы грунта с прослойками льда толщиной не более 2 мм и льдистостыа

для определения коэффициента вязкости сильнольдистых грунтов — образцы грунта с прослойками льда толщиной не более 10 мм. При определении предельно длительного значения эквивалентного сцепления размеры ледяных шлиров в образце не должны превышать 0,5 мм.

1.6.    Для испытаний методом компрессионного сжатия шариковым штампом и методом одноплоскостного сдвига размеры образцов грунта должны соответствовать размерам рабочего кольца прибора, в которое помещается грунт при испытании: диаметр (71,4±0,1) мм, высота (35±0,1) мм. Для испытаний методом одноосного сжатия изготавливают образцы диаметром (71,4± ±0,1) мм и высотой (140±0,1) мм или диаметром (49±0,1) мм и высотой (1 OOdhO, 1) мм.

1.7.    Все операции по изготовлению и испытанию образцов мерзлых грунтов следует выполнять в помещениях с регулируемой отрицательной температурой, холодильных камерах, а также шурфах или подземных лабораториях, расположенных в толще вечномерзлых грунтов.

1.8.    Отклонения от заданной программой испытаний температуры воздуха в помещении не должны превышать значений, указанных в табл. 1.

1.9.    Измерения температуры воздуха в процессе испытаний следует выполнять одновременно с измерением деформаций образца грунта по двум лабораторным термометрам (или другим тер-

ГОСТ 24586-90 С. 3

моизмерительным устройствам), расположенным по обе стороны

установки для испытаний таким образом, чтобы их ртутный резервуар или датчик находились на уровне образца грунт? па расстоянии не более 0,5 м от него.

°С

1.10.    Термоизмерительные устройства должны обеспечивать измерение температуры воздуха в помещении с погрешностью не более 0,1 °С.

1.11.    Технология изготовления образцов и проведения испытаний должна обеспечивать сохранность мерзлого состояния грунта, недопущение сколов и других нарушений поверхности образца. Все операции по подготовке образцов грунта к испытаниям необходимо проводить в утепленных перчатках.

1.12.    В период подготовки и проведения испытаний необходимо предусматривать специальные меры по предохранению образцов грунта от иссушения (создание защитных оболочек, прокладка снегом или льдом, помещение установок для испытаний под чехлы).

1.13.    Механизмы для нагружения образца грунта (рычажные, гидравлические, пневматические, электромеханические и др. прессы) должны обеспечивать:

центрированную передачу нагрузки на образец грунта;

возможность нагружения образца грунта ступенями или непрерывно при заданной постоянной скорости деформирования образца;

постоянство давления на каждой ступени нагружения.

1.14.    Устройства для измерения деформаций образца грунта в процессе испытаний (приборы для автоматической записи деформаций, индикаторы часового типа и т. п.) должны обеспечивать погрешность измерений не более 0,01 мм.

1.15.    Измерительные приборы, применяемые для испытаний, должны периодически подвергаться метрологическим поверкам и иметь ведомость поправок в пределах рабочего диапазона каждого прибора.

1.16.    Испытания для определения характеристик прочности и деформируемости мерзлых грунтов проводят не менее чем для трех параллельных образцов исследуемого грунта.

2*

1.17.    Значения характеристик вычисляют как среднее арифметическое результатов параллельных определений.

1.18.    Результаты испытаний должны сопровождаться данными о виде испытываемого грунта, типе его криогенной текстуры, а также льдистости, влажности, плотности, полученными до и после испытаний образцов. Эти характеристики записывают в журнале, форма которого приведена в приложении 2.

В процессе испытаний ведут журналы по формам, приведенным в приложениях 3—6.

2. ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ МЕРЗЛОГО ГРУНТА К ИСПЫТАНИЯМ

2.1.    Отбор, упаковка, транспортирование и хранение мололи-тов мерзлого грунта, из которых изготавливают испытываемые образцы грунта, должны производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 12071,

2.2.    Для подготовки образцов мерзлого грунта к испытаниям применяют:

цилиндрические формы (кольца-пробоотборники) из нержавеющей стали с режущим краем, заостренным снаружи под углом 45°, внутренним диаметром, соответствующим диаметру образца грунта (п. 1.6) и высотой, на 0,5—1 мм превышающей высоту образца, предназначенного для испытаний.

Для образцов грунта, предназначенных для испытания методом компрессионного сжатия и шариковым штампом, а также методом одноплоскостного сдвига, кольцом-пробоотборником, должно служить рабочее кольцо прибора, имеющее режущий край; весы лабораторные по ГОСТ 24104 с гирями по ГОСТ 7328; приспособление для выдавливания образца из цилиндрической формы;

штангенциркуль по ГОСТ 166;

пилу (по дереву и металлу);

нож из нержавеющей стали с прямым лезвием;

пресс винтовой;

плиту с полированной твердой поверхностью; уровень;

эксикатор по ГОСТ 23932 (со льдом или снегом на дне); технический вазелин;

материал для герметизации образца грунта (лавсановая, полиэтиленовая и т. п. пленки),

2.3.    Измерительные приборы должны обеспечивать: измерение размеров колец и самих образцов грунта с погрешностью не более 0,1 мм;

определение массы образца с кольцом или одного образца с погрешностью не более 0,1 г.

ГОСТ 24586-90 С. 5

2.4.    При изготовлении образцов мерзлого грунта ненарушенного сложения предварительно выпиливают из монолита заготовки в виде призм, размеры основания и высота кошрых должны превышать требуемые размеры образцов. Нарезанные заготовки нодбирают в группы с идентичной криогенной текстурой.

2.5.    Образец мерзлого грунта надлежит вырезать при помощи кольца-пробоотборника (рабочего кольца прибора) из заготовки так, чтобы при испытании он имел по отношению к нагрузке ориентацию, соответствующую природному залеганию.

2.6.    Перед изготовлением образцов кольца-пробоотборники (рабочие кольца приборов) нумеруют, измеряют их высоту и внутренний диаметр и взвешивают.

2.7.    Образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения изготавливают в следующем порядке:

кольцо-пробоотборник (рабочее кольцо прибора) смазывают с внутренней стороны тонким слоем технического вазелина и устанавливают режущим краем на зачищенную поверхность грунта;

при помощи винтового пресса кольцо слегка (не допуская перекосов) вдавливают в грунт, обозначая границы будущего образца;

с наружной стороны кольца (у режущего края) для избежания скола острым ножом начинают срезать грунт;

при постепенном легком надавливании пресса и срезании грунта кольцо надвигают на образующийся грунтовый цилиндр до полного его заполнения;

после заполнения кольца грунт подрезают на 8—10 мм ниже режущего края кольца и отделяют его;

торцы образца зачищают вровень с краями кольца ножом с прямым лезвием и притирают на плите с полированной поверхностью;

образец грунта, предназначенный для испытания методом компрессионного сжатия или шариковым штампом, взвешивают вместе с рабочим кольцом прибора;

образец грунта, предназначенный для испытания методом одноосного сжатия, извлекают из кольца-пробоотборника с помощью приспособления для выдавливания образца и проводят следующие операции:

измеряют высоту образца не менее чем в четырех различных точках, расположенных на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров. При этом высота образца во всех измерениях не должна отличаться более чем на ±0,2 мм, а отклонение образующей боковой поверхности от нормали к его основаниям не должно превышать ±1 мм;

определяют диаметр образца по концам двух взаимно перпендикулярных диамегров в трех поперечных сечениях (всего 3- 2 266

6 измерений): на расстоянии 2 см от торцов и в среднем сечении;

взвешивают образец грунта.

2.8.    Образцы грунта нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности, предназначенные для определения сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по поверхности смерзания с материалом фундамента, приготавливают в рабочем кольце срезного прибора в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 12248.

2.9.    Подготовленные образцы грунта герметизируют (например, полиэтиленовой пленкой) и помещают в эксикатор, находящийся в помещении с отрицательной температурой воздуха. Дно эксикатора должно быть покрыто льдом или снегом.

Образцы грунта допускается хранить не более 10 сут.

2.10.    Непосредственно перед испытанием образцы грунта выдерживают не менее 12 ч в установке для испытаний при отрицательной температуре, установленной для и эпытаний.

3. МЕТОД КОМПРЕССИОННОГО СЖАТИЯ

3.1.    По результатам компрессионных испытаний мерзлого грунта определяют:

коэффициент сжимаемости б* пластичномерзлых грунтов;

коэффициент оттаивания Ath и сжимаемости б при оттаивании мерзлых грунтов.

3.2.    Условия проведения испытаний

3.2.1. Испытания грунта следует выполнять в компрессионных приборах (одометрах) под нагрузкой, последовательно увеличиваемой равными ступенями нагружения, общее число которых не должно быть менее пяти. При этом значение давления в образце грунта на первой ступени должно быть равным напряжению от собственного веса грунта на горизонте отбора образца. Приращение же давления на последующих ступенях для определения б/ рассчитывают, исходя из условия, что давление на последней ступени нагружения должно быть равным расчетному сопротивлению грунта под подошвой фундамента R, задаваемому программой испытаний.

Примечание. При отсутствии данных значение R допуекается принимать по указаниям приложения 7.

Для определения A_th и б после приложения первой ступени нагружения производят оттаивание образца грунта при этом давлении и продолжают испытание грунта в оттаявшем состоянии. Приращение давления при этом на последующих ступенях принимают 0,05 МПа (0,5 кгс/см²) для пылевато-глинистых грунтов и 0,75 МПа (0,75 кгс/см²) для песчаных грунтов.

ГОСТ 24586—9Й С. /

3.2.2. Каждую ступень нагружения следуеt прикладывать после условной стабилизации вертикальной деформации образца грунта на предшествующей ступени, за критерий которой ирини мают приращение вертикальной деформации, не превышающее 0,01 мм за 12 ч.

3.3.    Приборы и оборудование

3.3.1.    Для проведения испытаний методом компрессионного сжатия применяют:

компрессионный прибор (одометр);

механизм для вертикального нагружения образца гпупта-(п. 1.13);

устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта (п. 1.14).

3.4.    Проведение испытаний

3.4.1.    Компрессионные испытания проводят в едедующсм порядке:

подготовленный в соответствии с требованиями разд. 2 образец грунта в рабочем кольце помещают в направляющий цилиндр одометра;

на образец грунта ставят штамп и центрируют его;

закрепляют устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта симметрично относительно оси штампа;

одометр устанавливают на станину под пресс ч центрирую г;

размещают термометры в соответствии с требованиями п. 1.У;

выдерживают образец при температуре испытаний по указаниям и. 2.10.

записывают начальные показания приборов, фиксируют температуру и время начала испытаний.

3.4.2.    К образцу грунта плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку первой ступени нагружения, создавая давление, «твечающее требованиям п. 3.2.1.

3.4.3.    После стабилизации деформаций (в соответствии с п. 3.2.2) увеличивают нагрузку на образец ступенями нагружения в соответствии с указаниями пп. 3.2.1.

3.4.4.    При испытаниях для определения Лщ и б после условной стабилизации деформаций на первой ступени нагружения производят оттаивание образца грунта, повышая температуру воздуха в помещении для испытаний и фиксируя при этом деформации образца грунта также до достижения условной стабилизации деформаций. Далее испытания проводят по указаниям пп. 3.4.3 и 3.4.5.

3.4.5.    На каждой ступени нагружения записывают показания приборов (устройств) для измерения вертикальной деформации образца грунта через 5, 10, 20, 30 н 60 мин от момента прилеже -ния нагрузки на данной ступени, далее через 2 ч в течение

3*

бочего дня, а затем 2 раза в сутки (в начале и конце рабочего дня) до достижения условной стабилизации деформаций.

3.5. Обработка результатов

3.5.1. По результатам испытаний для каждой ступени нагружения вычисляют:

абсолютную стабилизированную вертикальную деформацию образца грунта S, мм, с точностью 0,01 мм как среднее арифметическое показаний приборов (устройств) для измерения вертикальных деформаций образца грунта;

относительную стабилизированную вертикальную деформацию образца грунта е/ или гт с точностью 0,001 по формулам: при испытании для определения 6f

где h — начальная высота образца грунта, мм; при испытании для определения Ат и б:

Si 5_Д

(2)

где S{ — абсолютная стабилизированная деформация образца грунта после оттаивания, мм;

5^— абсолютная стабилизированная деформация образца грунта на первой ступени нагружения (при давлении, равном напряжению от собственного веса грунта на горизонте отбора образца, и до его оттаивания), мм;

hi — высота образца грунта после обжатия (до его оттаивания), мм.

3.5.2. По вычисленным значениям строят график зависимости •/г*АР) (черт. ^J) ^или *th=f(P) (черт. 2),

где р — давление в образце на каждой ступени нагружения, МПа (кгс/см²).

3.5.3. Коэффициенты сжимаемости пластичномерзлого грунта 6/, „ МПа^-1 (см²/кгс), определяют как величины, численно равные тангенсам углов наклона а, прямых, проведенных из начала координат через точки pi и в/, <, с точностью 0,001 МПа^-1 по формуле

⁸/.i=tg«i=—.    (³)

Pi

Примечание. По значению коэффициента сжимаемости « допускает-

р

ся вычислять модуль деформации Et ***-—, где р— коэффициент, равный 0,8.

^ь/. i

ГОСТ 24586-90 С. S

3.5.4. Коэффициент оттаивания Ащ и сжимаемости 6 при оттаивании мерзлого грунта определяют по прямой наилучше! о приближения к экспериментальным точкам (черт. 2), построенной графически или методом наименьших квадратов как отрезок, отсе каемый этой прямой на оси ер» и тангенс угла ее наклона к оси р.

4. МЕТОД ОДНООСНОГО СЖАТИЯ

4.1.    По результатам испытаний мерзлого грунта методом одно* осного сжатия определяют:

прочность на одноосное сжатие R_c, Roc',

модуль линейной деформации Е\

коэффициент поперечного расширения v;

коэффициент нелинейной деформации Л;

Коэффициент ВЯЗКОСТИ СИЛЬНОЛЬДИСТЫХ ГРУНТОВ Г|.

4.2.    Условия проведения испытаний

4.2.1. Для получения характеристики Roc испытания проводят при непрерывном возрастании нагрузки с доведением образца до хрупкого разрушения или до значения относительной продольной деформации 20% за время 20—30 с.

Для получения характеристик R_c, Е, A, v, ri проводят испытания в условиях ползучести при ступенчато возрастающей нагрузке до достижения незатухающей ползучести.