Расчетный метод

2.34. Расчетный метод определения суммарной влажности применяется для грунтов слоистой и сетчатой криогенных текстур, когда включения льда имеют четкие прямолинейные границы, толщина их превышает 2 мм, а расстояния между соседними включениями более 10 мм.

2.35. При изучении криогенной текстуры мерзлого грунта в стенках открытых горных выработок или естественных обнажений непосредственно измеряют суммарную толщину включений льда в определенном интервале глубин или в горизонте (п. 1.16-1.19).

Для грунта слоистой криогенной текстуры суммарную толщину включений льда подсчитывают по глубине разреза, для грунта сетчатой криогенной текстуры - по глубине и по простиранию.

Измерения производят с трехкратной повторностью, и за величину суммарной толщины включений льда принимают среднее арифметическое значение результатов параллельных измерений.

Суммарная толщина включений льда (в см), приходящаяся на 1 м разреза (в случае слоистой криогенной текстуры) или на 1 м² (для сетчатой криогенной текстуры) дает величину объемной льдистости (Л_в, %) мерзлого грунта за счет ледяных включений.

2.36. Суммарную влажность слоев (W_сл) мерзлого грунта определяют в зависимости от их криогенной текстуры точечным методом (пп. 2.28-2.30) или методом бороздки (п. 2.31).

При мощности слоев 0,5 м и более влажность определяют для каждого из них; при меньшей мощности - в случае постоянства их криогенной текстуры - через каждые 0,5 м по глубине, а при изменении криогенной текстуры слоев в разрезе - для каждого слоя. В последующих расчетах используют среднее значение суммарной влажности слоев (W'_сл), определяемое из формулы (3).

2.37. Суммарную влажность горизонта (рис. 6) или его определенной части вычисляют по формуле

(10)

где Л_в.гор - льдистость за счет включений льда, формирующих криогенную текстуру горизонта, в %;

W'_сл - среднее значение суммарной влажности слоев мерзлого грунта, составляющих горизонт, в %.

Примечание. При определении влажности мерзлого грунта крупноредкосетчатой криогенной текстуры по кернам расчетный способ дает лишь приближенное значение W_с, как правило, заниженное, так как при этом невозможно учесть крупные вертикальные включения льда.

Рис. 6. Зависимость влажности горизонта мерзлого грунта W_гор от льдистости за счет ледяных включений, разделяющих слои, Л_в.гор и средней влажности слоя W'_сл

Запись результатов производят по форме табл. 8.

Таблица 8 (Форма)

Данные определения суммарной влажности расчетным методом

№ п.п.

Лабораторный №

№ выработки

Интервал глубин в м (от-до)

Мощность горизонта или части горизонта мерзлого грунта в м

Суммарная толщина ледяных включений, разделяющих слои, в см

Льдистость за счет ледяных включений, разделяющих

слои, Л_в

Среднее значение суммарной влажности слоя мерзлого грунта W'_сл

Суммарная влажность горизонта мерзлого грунта

КРУПНООБЛОМОЧНЫЕ ГРУНТЫ

ПРИБОРЫ

2.38. Для определения влажности мерзлых крупнообломочных грунтов используют следующую аппаратуру:

набор грунтовых сит;

сушильный шкаф с термометром до 250-300°;

весы чашечные на 10 кг с комплектом разновеса Г-1-10;

шпатели металлические;

эмалированные миски (тазы) диаметром 30-40 см;

противни металлические.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

2.39. Влажность крупнообломочных мерзлых грунтов определяют высушиванием их образцов весом не менее 3 кг до постоянного веса при температуре 100-105° С. Высушивание образцов производят на металлических противнях в сушильном шкафу. Взвешивание образцов производят на чашечных весах с точностью до 1 г. Значение влажности определяют по формуле (8).

Примечание. При массовых определениях влажности крупнообломочных грунтов, содержащих органические остатки менее 10% веса сухого грунта, допускается производить высушивание образцов на открытом воздухе и при температуре сушки 200-250°С.

2.40. Для крупнообломочных грунтов различают влажность крупнообломочных частиц W_к и влажность мелкозема или) заполнителя W_зп.

Влажность W_к крупнообломочных частиц (>2 мм) принимают равной величине их водоудерживающей способности, которую определяют следующим образом.

Образец крупнообломочного грунта после его высушивания для определения влажности (п. 2.38) рассеивают на ситах с диаметром отверстий 2 мм. Сито с крупнообломочными частицами (>2 мм) взвешивают на чашечных весах с точностью до 1 г и помещают в сосуд с водой на 1 ч, после чего, дав стечь избытку воды, вновь взвешивают и высушивают до постоянного веса. Значение влажности крупнообломочных частиц (W_к) вычисляют по формуле (8).

2.41. Влажность заполнителя (W_зп), выражаемую отношением веса содержащейся в нем воды к весу скелета заполнителя, вычисляют по формуле

(11)

где W - влажность крупнообломочного грунта;

W_к - влажность крупнообломочных частиц;

р - относительное содержание крупнообломочных частиц, определяемое отношением их веса к весу высушенного до постоянного веса образца крупнообломочного грунта.

Примечание. Все входящие в формулу значения приведены в долях единицы.

льдистость

2.42. Под льдистостью мерзлого грунта понимают отношение объема содержащегося в нем льда к объему всего мерзлого грунта. Значение льдистости выражают в процентах или долях единицы.

2.43. Суммарную льдистость Л_с мерзлых грунтов выражают:

Л_с = Л_в + Л_ц, (12)

где Л_в- льдистость за счет ледяных включений;

Л_ц - льдистость за счет льда-цемента.

2.44. Льдистость минеральных прослоек и макроагрегатов мерзлого грунта, содержащая только лед-цемент, выражают:

(13)

где g_r - удельный вес скелета грунта в г/см³.

Обозначения W_r и W_н те же, что в формуле (1) и выражены в % к весу сухого грунта.

В случае отсутствия в мерзлом грунте ледяных включений или незначительном их содержании (Л_в £ 0,03), т. е. для грунтов с массивной криогенной текстурой, принимают Л_с » Л_ц.

2.45. Льдистость мерзлых грунтов за счет ледяных включений (Л_в) вычисляют раздельно для слоев (Л_в.сл) и горизонтов (Л_в.чор) или, если горизонты не выделены, - для заданного интервала глубин по формулам:

(14)

(15)

где W_сл - суммарная влажность слоя грунта в %;

W'_сл- средняя суммарная влажность слоя в %;

W_гор - суммарная влажность горизонта грунта в %.

Значения W_r и g_r - те же, что в формуле (13).

Примечание. Значение влажности минеральных прослоек W_гв пределах слоев и горизонта предполагается постоянным.

2.46. Льдистость за счет ледяных включений, когда они имеют четкие границы, толщину более 2 мм и расстояние между соседними ледяными включениями превышает 10 мм, можно определять расчетом по результатам непосредственных измерений в стенках горных выработок или по кернам, извлеченным из буровых скважин.

ОБЪЕМНЫЙ ВЕС

2.47. Под объемным весом мерзлого грунта понимают вес единицы его объема.

Различают:

объемный вес мерзлого грунта ненарушенного сложения и природной влажности (в г/см³), равный отношению веса монолита мерзлого грунта к его объему;

объемный вес скелета мерзлого грунта (в г/см³), равный отношению веса монолита, высушенного до постоянного веса при 100-105° С, к его первоначальному объему в мерзлом состоянии.

2.48. Для определения объемного веса песчаных и глинистых мерзлых грунтов в зависимости от типа криогенной текстуры применяют следующие методы:

для мерзлых грунтов массивной криогенной текстуры - метод режущего кольца (пп. 2.54-2.57), метод обмера образцов правильной геометрической формы (п. 2.58), метод взвешивания в нейтральной жидкости (пп. 2.59-2.62);

для мерзлых грунтов слоистой и сетчатой криогенной текстуры - метод вытеснения нейтральной жидкости (пп. 2.63-2.65) или расчетный метод (п. 2.67).

2.49. Объемный вес мерзлых крупнообломочных грунтов определяют вне зависимости от их криогенной текстуры методом вытеснения нейтральной жидкости (пп. 2.63-2.65) или методом «лунки» (п. 2.68).

2.50. Определение объемного веса мерзлого грунта выполняют в помещении с отрицательной температурой воздуха в шерстяных перчатках; приборы и нейтральная жидкость, используемые для определения объемного веса мерзлых грунтов, должны иметь отрицательную температуру.

2.51. Взвешивание производят с точностью до 0,01 г на технических весах и до 1 г на чашечных весах. Определение объемного веса мерзлого грунта производят с двукратной повторностью. Расхождение в результатах параллельных определений объемного веса мерзлого грунта не должно превышать 0,05 г/см³. За величину объемного веса мерзлого грунта принимают среднее арифметическое значение результатов параллельных определений. Конечный результат выражают с точностью до 0,01 г/см³.

2.52. Каждое определение объемного веса мерзлого грунта должно сопровождаться указанием:

метода определения;

криогенной текстуры: ее типа, размеров и формы ледяных включений, расстоянии между ними; влажности монолита мерзлого грунта.

ПРИБОРЫ

2.53. Для определения объемного веса мерзлого грунта применяют следующую аппаратуру:

кольца с насадкой из некоррозирующего металла внутренним диаметром не менее 80 мм, высотой не более диаметра и не менее половины диаметра кольца, со стенками толщиной 1,5-2 мм;

два плоских стекла или пластинки с гладкой поверхностью из плексигласа или металла для покрывания кольца с грунтом;

пресс винтовой;

ножовку по металлу;

нож с прямым лезвием;

весы технические на 1 кг Т-1000 с разновесом Т-2-1000;

нефтеденсиметр, укороченный с ценой деления 0,001 г/см³и термометром со шкалой от -15 до +35° С;

стеклянный сосуд емкостью не менее 500 см³;

мензурка или мерный цилиндр емкостью 1000 мл;

стеклянные стаканчики для взвешивания по ГОСТ 7148-70 или алюминиевые стаканчики с крышкой;

стеклянный или металлический измерительный сосуд емкостью 2-3 л;

ведро со сливом емкостью 10-12 л;

весы чашечные на 10 кг с комплектом разновеса Г-1-10.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

Метод режущего кольца

2.54. Метод режущего кольца применяют для определения объемного веса сыпучемерзлого, пластичномерзлого и твердомерзлого грунта:

в случае сыпучемерзлого грунта режущее кольцо вдавливают в монолит и определение объемного веса производят в соответствии с ГОСТ 5182-64 «Грунты. Методы лабораторного определения объемного веса»;

в случае пластичномерзлого и твердомерзлого грунта режущее кольцо насаживают на призму, предварительно вырезанную из монолита.

2.55. Из монолита пластичномерзлого или твердомерзлого грунта с помощью ножовки выпиливают призму, наименьший размер которой на 2-3 см превышает диаметр режущего кольца. Призму мерзлого грунта помещают на площадку пресса, на ее верхнее основание ставят режущее кольцо острым концом вниз; сверху на кольцо надевают насадку и опускают поршень до упора. Подрезают ножом мерзлый грунт вокруг кольца и одновременно осторожно опускают поршень пресса, не допуская перекоса кольца.

Примечание. При отсутствии пресса кольцо насаживают вручную.

2.56. После того как кольцо с насадкой заполнено мерзлым грунтом, его вынимают из-под пресса. С нижней стороны кольца ножовкой осторожно отпиливают мерзлый грунт на расстоянии 3-5 мм от края кольца и снимают с него насадку. Избыток грунта с обеих сторон кольца срезают ножом, грунт с торцов зачищают шкуркой вровень с краями кольца.

Кольцо с грунтом помещают между заранее взвешенными плоскими стеклами или пластинками и взвешивают на технических весах. Мерзлый грунт из кольца выдавливают в заранее взвешенную выпаривательную чашку, взвешивают и определяют суммарную влажность мерзлого грунта.

2.57. Объемный вес мерзлого грунта в г/см³вычисляют по формуле

(16)

где g - вес кольца с мерзлым грунтом и покрывающими его плоскими стеклами или пластинками в г;

g₁ - вес кольца в г;

g₂ - вес стекол или пластинок в г;

V - объем кольца в см³.

Запись данных опыта производят по форме табл. 9.

Таблица 9 (Форма)

Определение объемного веса мерзлых грунтов способом режущего кольца

№ п.п.	Лабораторный №	№ выработки	Глубина взятия образца в м	Объем кольца в см³ V	Вес кольца g₁, г	Вес кольца с грунтом и стеклами g, г	Вес стекол g₂, г	Вес мерзлого грунта g - g₁- g₂, г	Объемный вес мерзлого грунта , г/см³

Таблица 10 (Форма)

Определение объемного веса мерзлых грунтов способом взвешивания в нейтральной жидкости

№ п.п.	Лабораторный №	№ выработки	Глубина взятия образца в м	Вес образца в воздухе g, г	Вес образца в нейтральной жидкости g₁, г	Удельный вес нейтральной жидкости g_ж , г/см³	Объемный вес мерзлого грунта , г/см³

Метод обмера образцов правильной геометрической формы

2.58. При отсутствии колец для взятия образцов мерзлого грунта ненарушенного сложения для определения объемного веса можно использовать керны из буровых скважин весом не более 1 кг каждый или образцы-монолиты из шурфов, которым придают форму куба с ребром около 5 см.

Высоту и диаметр керна или каждое ребро куба измеряют с трехкратной повторностью, с точностью до 1 мм. Керн или монолит взвешивают, не допуская его оттаивания, на технических весах с точностью до 0,01 г.

Объемный вес вычисляют по формуле

(17)

где g - вес образца в г;

V - объем образца в см³.

Метод взвешивания в нейтральной жидкости

2.59. Стеклянный сосуд емкостью ~500 см³ на две трети его высоты заполняют нейтральной жидкостью (керосином, лигроином и т. п.), измеряют ее температуру и определяют удельный вес нефтеденсиметром.

С коромысла технических весов снимают левую дужку с чашкой и уравновешивают весы с помощью мешочка с дробью, подвешенного на крючок левой дужки.

2.60. Из монолита мерзлого грунта отбирают пробу произвольной формы весом ~100-150 г, перевязывают ее капроновой ниткой, подвешивают к левой серьге и взвешивают. Одновременно из монолита берут пробу мерзлого грунта для определения влажности грунта (пп. 2.28-2.30 или 2.31).

2.61. На подставку весов с левой стороны помещают стеклянный сосуд с нейтральной жидкостью; пробу мерзлого грунта, подвешенную к левой серьге весов, осторожно погружают в жидкость на глубину не менее 5-7 см и вновь взвешивают.

Примечание. Проба мерзлого грунта при взвешивании в нейтральной жидкости не должна соприкасаться с дном и стенками сосуда.

2.62. Объемный вес мерзлого грунта () в г/см³вычисляют по формуле

(18)

где g - вес пробы мерзлого грунта в воздухе в г;

g₁ - вес пробы мерзлого грунта в нейтральной жидкости в г;

g_ж- удельный вес нейтральной жидкости в г/см³.

Запись данных опыта производят по форме табл. 10.

Метод вытеснения нейтральной жидкости

2.63. Монолит мерзлого грунта произвольной формы весом 3-5 кг взвешивают на чашечных весах и перевязывают капроновой жилкой или тонкой проволокой.

Ведро со сливом наполняют нейтральной жидкостью, пока избыток не начнет выливаться через слив; предварительно измеряют температуру и определяют удельный вес нейтральной жидкости нефтеденсиметром.

Монолит мерзлого грунта, подвешенный на жилке или проволоке, осторожно погружают в сосуд с нейтральной жидкостью и собирают всю вытесняемую жидкость в заранее взвешенный стеклянный или металлический сосуд емкостью 2-3 л.

2.64. Сосуд с вытесненной жидкостью взвешивают на чашечных весах. Монолит мерзлого грунта извлекают из ведра, удаляют слой, пропитанный жидкостью, определяют влажность мерзлого грунта.

2.65. Объемный вес мерзлого грунта определяют по формуле

(19)

где g - вес монолита мерзлого грунта в воздухе в г;

g₁- вес сосуда с вытесненной жидкостью в г;

g₂- вес сосуда в г;

g_ж- удельный вес нейтральной жидкости в г/см³.

Запись данных опыта производят по форме (табл. 11а).

2.66. При массовых определениях объемного веса мерзлых грунтов п поле допускается измерять объем вытесненной жидкости мензуркой или мерным цилиндром. В этом случае объемный вес мерзлого грунта вычисляют по формуле

(20)

где g - вес монолита мерзлого грунта п воздухе в г;

V - объем вытесненной жидкости в см³.

Запись данных опыта производят по форме табл. 11б.

Таблица 11а (Форма)

Определение объемного веса мерзлых грунтов методом вытеснения нейтральной жидкости

а) взвешивание вытесненной жидкости

№ п.п.

Лабораторный №

Глубина взятия образца в м

Вес образца в воздухе g, г

Вес сосуда g₂, г

Вес сосуда с вытесненной нейтральной жидкостью, g₁, г

Вес вытесненной нейтральной жидкости g₁-g₂, г

Удельный вес нейтральной жидкости g_ж,г/см³

Объемный вес образца

, г/см³

Таблица 11б (Форма)

б) измерение объема вытесненной жидкости

№ п.п.	Лабораторный №	№ выработки	Глубина взятия образца в м	Вес образца в воздухе g, г	Объем вытесненной жидкости V_ж, см²	Объемный вес образца , г/см³

Расчетный метод

2.67. Объемный вес мерзлых грунтов слоистой и сетчатой криогенной текстуры можно определить расчетом на основании данных о его влажности. Для каждого слоя заданного интервала глубин или горизонта грунта объемный вес вычисляют по формуле

(21)

где g_r - удельный вес скелета грунта в г/см³.

W_c- суммарная влажность слоя или горизонта (интервала глубин) в долях единицы.

Способ «лунки»

2.68. Определение объемного веса мерзлого грунта способом «лунки» производят в открытых горных выработках (шахтах, шурфах и т. д.). Дно выработки выравнивают и зачищают, затем на дне делают углубление («лунку») размером не менее 20´20´20 см и по возможности правильной формы. Весь грунт, отобранный из лунки, собирают и взвешивают на чашечных весах с точностью до 1 г. Объем лупки замеряют, полностью заполняя ее из мерного сосуда сухим песком или водой.

Примечание. При заполнении водой лунку выстилают синтетической пленкой.

Объемный вес мерзлого грунта вычисляют по формуле

(22)

где g₂- вес выбранного из лупки грунта в г;

V_лун - объем лунки, равный объему заполнившего ее песка или воды, в см³.

Объемный вес скелета

2.69. Объемный вес скелета мерзлого грунта вычисляют по формуле

(23)

где

- объемный вес мерзлого грунта в г/см³;

W_c- суммарная влажность грунта в долях единицы.

ЗАСОЛЕННОСТЬ

2.70. Под засоленностью грунта понимают весовое содержание в нем водорастворимых солей. Засоленность Z выражают в % к весу скелета грунта, включая вес водорастворимых солей, т. е. (где g_ч- вес скелета частиц грунта, включая и вес водорастворимых солей).

2.71. Грунты называют засоленными, если содержание в них водорастворимых солей превышает:

для песков 0,1%;

для супесей 0,15%;

для суглинков 0,2%;

для глин 0,25%.

Примечания: 1. Крупнообломочные грунты называются засоленными, если содержание водорастворимых солей в их заполнителе превышает указанные значения засоленности.

2. Критерии засоленности для различных номенклатурных видов грунта установлены на основании данных о влиянии засоленности на прочностные свойства образцов мерзлых грунтов.

2.72. Для определения засоленности мерзлых грунтов используют монолиты или образцы нарушенного сложения и природной влажности.

ПРИБОРЫ

2.73. Для определения засоленности используют: широкогорлые колбы емкостью 1000 мл; чашки выпаривательные, фарфоровые № 3 или № 4; воронки диаметром 15 см; песчаные бани и часовые стекла диаметром 18-20 см.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

2.74. В стеклянную широкогорлую колбу емкостью 1000 мл помещают навеску грунта природной влажности, значение которой определено заранее. Навеску отбирают так, чтобы в ней содержалось 100 г частиц скелета грунта.

Вес влажной навески определяют по формуле

g = g₁(1+W), (24)

где g - вес влажной навески в г;

g₁- вес сухой навески в г;

W - влажность грунта в долях единицы [определяют методом средней пробы (пп. 2.32-2.33)].

В колбу доливают 500 мл дистиллированной воды, плотно закрывают ее пробкой, энергично встряхивают в течение 5 мин и переносят суспензию на воронку с двойным фильтром, установленную над колбой, емкостью 500-700 мл. Во время фильтрования воронку необходимо прикрыть часовым стеклом.

Примечание. Если первые порции фильтрата будут мутными, их повторно фильтруют через тот же фильтр до тех пор, пока фильтрат не станет совершенно прозрачным.

2.75. Фильтрат разливают на пять порций в заранее взвешенные чашки емкостью 150-200 мл и выпаривают на песчаной бане до получения сухого остатка.

Примечание. При выпаривании не допускается кипения и выбрызгивания фильтрата из чашки.

Чашки с сухим остатком помещают в сушильный шкаф и сушат до постоянного веса при температуре 100-105° С; определяют с точностью до 0,01 г вес сухого остатка в каждой чашке, суммированием находят общий вес сухого остатка водной вытяжки.

2.76. Засоленность грунта (Z) вычисляют по формуле

(25)

где g_z - вес сухого остатка водной вытяжки в г;

значения g₁ и W такие же, что в формуле (24).

Результаты определения засоленности: записывают по форме табл. 12 и 13.

Таблица 12 (Форма)

Данные определения сухого остатка водной вытяжки

№ п.п.	Лабораторный №	№ чашки	Вес чашки в г	Вес чашки с сухим остатком в г				Вес сухого остатка g_z_,_i, г	Общий вес сухого остатка , г
№ п.п.	Лабораторный №	№ чашки	Вес чашки в г	I взвешивание	II взвешивание	III взвешивание	принятое значение g₀	Вес сухого остатка g_z_,_i, г	Общий вес сухого остатка , г

Таблица 13 (Форма)

Данные определения засоленности грунта

№ п.п.	Лабораторный №	№ выработки	Глубина взятия образца в м	Вес образца природной влажности g, г	Влажность образца* W в долях единицы	Вес сухого остатка водной вытяжки g_z, г	Засоленность грунта Z, %

* Определение влажности образца грунта производят согласно форме табл. 7.

3. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

3.1. Характеристики теплофизических свойств мерзлых и оттаявших грунтов, используемых в качестве оснований зданий и сооружений, необходимы для выполнения теплотехнических расчетов.

3.2. Основными расчетными характеристиками теплофизических свойств мерзлого или оттаявшего грунта являются: объемная теплоемкость С, коэффициент теплопроводности l и коэффициент температуропроводности a.

Эти характеристики связаны между собой соотношением

l = aС. (26)

3.3. Теплофизические свойства грунта зависят от его влажности, объемного веса, гранулометрического состава, сложения и температуры и должна определяться на образцах естественного сложения и влажности.

3.4. Лабораторные методы определения теплофизических характеристик грунта разделяются на методы стационарного и нестационарного теплового режима. В составе последних выделяют методы регулярного теплового режима. Практическая применимость этих методов различна и определяется характером грунта, его температурой, размерами испытуемых образцов и требуемой точностью измерений характеристик.

3.5. Основным преимуществом метода стационарного теплового режима является простое и строгое теоретическое обоснование. Методом стационарного теплового режима коэффициент теплопроводности определяется непосредственно по величине теплового потока при установившемся распределении температур в исследуемом образце грунта. При определении теплопроводности мерзлого грунта, изменение температуры которого сопровождается фазовыми переходами воды, этот метод обеспечивает получение наиболее точных результатов.

Метод стационарного теплового режима неприменим для определений тепловых свойств влажного талого грунта, внутри которого вода перераспределяется в связи с большой продолжительностью испытания. Для этих целей применяют методы нестационарного теплового режима, позволяющие определять теплофизические характеристики грунта при кратковременном тепловом воздействии на него. Методы нестационарного теплового режима применяются также для определения тепловых свойств мерзлых грунтов, но при достаточно низких отрицательных температурах которых затратами тепла на фазовые переходы воды можно пренебречь.

3.6. Различные модификации указанных методов определения теплофизических свойств грунтов отличаются теоретическим обоснованием, способами учета утечек тепла и техникой производства опыта. Методики, рекомендованные в Руководстве для практического применения, выбраны с учетом особенностей тепловых свойств талых и мерзлых грунтов, а также накопленного опыта теплофизических исследований грунтов и строительных материалов.

3.7. В состав рекомендуемого комплекса теплофизических исследований талых и мерзлых грунтов различного гранулометрического состава и текстуры, а также сильнольдистых и засоленных грунтов включены методы:

стационарного теплового режима для определения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта;

теплового импульса для определения теплофизических характеристик влажного талого грунта;

регулярного теплового режима для определения теплофизических характеристик грунтов на образцах малых размеров (типа кернов буровых скважин);

калориметрирования для точных определений удельной теплоемкости грунтов и их отдельных составляющих.

3.8. Метод стационарного теплового режима приведен в соответствии с основными положениями ГОСТ 7076-66 «Материалы строительные. Метод определения коэффициента теплопроводности». Метод теплового импульса рекомендуется в модификации, предложенной Конференцией по современным проблемам строительной физики. Применительно к определению тепловых свойств грунтов эти методы подвергались некоторой переработке, не затрагивающей их принципиальной основы.

Метод регулярного теплового режима и калориметрический метод определения теплоемкости грунтов приведены в соответствии с общепринятой методикой.

3.9. Применение разных методов для исследования мерзлых и талых грунтов, соответственно основанных на закономерностях стационарного и нестационарного теплового режима, отвечает особенностям теплопереноса и обеспечивает получение результатов, свободных от влияния основных мешающих факторов. Комплекс экспериментальных методов определения теплофизических характеристик грунтов дополнен расчетными способами, что позволяет сократить в допустимых случаях количество трудоемких опытов.

3.10. В приложении к этому разделу Руководства даны основные рекомендации по изготовлению необходимых измерительных приборов для теплофизических исследований грунтов.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ

3.11. Теплоемкость грунта характеризует его способность аккумулировать тепло. Различают удельную и объемную теплоемкость. Удельная теплоемкость грунта с численно равна количеству тепла, необходимого для изменения температуры единицы его массы на 1°, и выражается в ккал/кг·град. Объемная теплоемкость С численно равна количеству тепла, необходимого для изменения температуры единицы объема грунта на 1°. Значения удельной и объемной теплоемкостей грунта связаны соотношением

С = сg_об ккал/м³·град, (27)

где g_об - объемный вес грунта в кг/м³.

3.12. Удельная теплоемкость грунта не зависит от его сложения и объемного веса. С достаточной для практических целей точностью величины удельной теплоемкости талого (с_т) и мерзлого (с_м) грунта можно определять расчетом по весовому соотношению основных составляющих грунта (минерального скелета, незамерзшей воды и льда) по формулам:

а) для талого грунта

(28)

б) для мерзлого грунта

(29)

где с_ск- удельная теплоемкость минерального скелета грунта в ккал/кг·град, определяемая экспериментально; приблизительное значение с_ск равно: для песков ~0,17, для супесей ~0,18, для суглинков ~0,19-0,2 и для глин ~0,21-0,22;

с_в и с_л - удельные теплоемкости соответственно воды и льда в ккал/кг·град, определяемые по табл.2;

W_с- весовая влажность грунта в долях единицы;

W_н - количество незамерзшей воды при заданной температуре мерзлого грунта в долях единицы, определяемое по формуле (7) или по методике пп. 2.20-2.27.

3.13. Для мерзлого грунта различают его собственную и эффективную теплоемкость.

Собственная теплоемкость мерзлого грунта численно равна количеству тепла, необходимого для изменения на 1° температуры единицы объема или массы грунта. При сообщении тепла грунту допускается, что в нем соотношение води и льда не изменяется.

Эффективная теплоемкость мерзлого грунта численно равна количеству тепла, необходимого для изменений температуры единицы объема или массы грунта на 1° и фазового состава поровой влаги в нем. Эффективная теплоемкость зависит от температуры грунта.

Удельная эффективная теплоемкость может быть приближенно выражена формулой

(30)

где с_м - собственная теплоемкость мерзлого грунта, определяемая по формуле (29);

L = 80 ккал/кг - удельная теплота таяния льда;

- объемный вес минерального скелета мерзлого грунта в кг/м³;

- объемный вес мерзлого грунта в кг/м³;

- изменение количества незамерзшей воды в долях единицы при изменении температуры мерзлого грунта на 1°. Величина определяется по кривой зависимости количества незамерзшей воды от температуры мерзлого грунта, получаемой калориметрическим методом, если это предусмотрено заданием, или по формуле (2) главы СНиП II-Б.6-66. Численно она равна тангенсу угла наклона касательной к кривой в точке заданной температуры.

3.14. В теплотехнических расчетах промерзания и протаивания грунтов в качестве расчетного параметра принимают величину собственной теплоемкости мерзлого грунта. Затраты тепла на фазовые переходы воды учитывают отдельно, полагая условно, что такие переходы происходят на границе промерзания. При экспериментальных определениях теплофизических характеристик грунтов разделить затраты тепла, идущие на таяние льда и нагрев грунта, нельзя. Поэтому в общем случае на основании экспериментальных определений получают величину эффективной теплоемкости мерзлого грунта.

Примечание. Если теплоемкость мерзлого грунта определена экспериментально или вычислена по формуле (30), то коэффициент k_c_р в формулах (42)-(44) главы СНиП II-Б.6-66 следует принимать равным единице независимо от состава грунта.

3.15. Величину собственной теплоемкости мерзлого грунта экспериментально не определяют. Значение ее вычисляют по формуле (29) либо определяют по табл. 10 главы СНиП II-Б.6-66. Экспериментально определяют:

удельную теплоемкость минерального скелета грунта;

эффективную теплоемкость мерзлого грунта как среднюю величину для заданного интервала отрицательных температур.

3.16. Экспериментальное определение теплоемкости производят для определения других теплофизических свойств грунта (фазового состава поровой влаги, коэффициента теплопроводности) в составе соответствующих методик, а также в специальных целях при стационарных исследованиях теплового режима грунтов оснований.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МИНЕРАЛЬНОГО СКЕЛЕТА ГРУНТА

ПРИБОРЫ

3.17. Определение удельной теплоемкости минерального скелета грунта производят методом калориметрирования в жидкостном калориметре переменной температуры, описание и комплектация которого приведены п пп. 2.17-2.19.

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ

3.18. Образцы для определения удельной теплоемкости минерального скелета грунта приготовляют из отобранного грунта согласно указаниям п. 1.25. Отобранный грунт высушивают до воздушно-сухого состояния, измельчают пестиком с резиновым наконечником и просеивают через сито с отверстиями 1 мм. Из просеянного через сито грунта путем последовательных квартований отбирают 3-4 навески весом по 60-80 г. При наличии в грунте крупных включений из них приготовляют отдельные навески (по количеству основных минеральных разновидностей). Весовое содержание выделенных компонентов грунта определяют по отношению к исходному весу образца с точностью до 1-2%.

Если определение удельной теплоемкости минерального скелета грунта входит составной частью в методику исследования фазового состава поровой влаги, то для измерения теплоемкости следует использовать образцы грунта, на которых выполнялись определения количества незамерзшей воды. Из отдельных образцов составляют объединенную пробу, из которой путем последовательных квартований отбирают 3-4 навески весом по 60-80 г.

3.19. Подготовленные навески грунта помещают с небольшим уплотнением в предварительно взвешенные бюксы и высушивают при температуре +105° С до постоянного веса (с точностью до 0,002 г). Грунты с большой примесью органических остатков высушивают при температуре +80° С.

3.20. Высушенные образцы охлаждают в эксикаторе над хлористым кальцием, герметизируют нитрокраской стык крышки и бюкса и после контрольного взвешивания помещают в ультратермостат или криостат, где выдерживают 8-10 ч при постоянной температуре, поддерживаемой с точностью до 0,1° С. Температуру, при которой выдерживают образцы, назначают с учетом температуры жидкости в стакане калориметра так, чтобы выполнялись условия:

(31)

(32)

где q_обр и q₀- соответственно температура образца и начальная температура жидкости в стакане калориметра в °С;

q_исп - установленная заданием температура испытания образца в °С;

k - тепловое значение калориметра в кал/град;

g_г- вес образца грунта в г;

0,2 кал/г·град - ориентировочная величина с ≈ удельной теплоемкости образца.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ И РАСЧЕТ ТЕПЛОЕМКОСТИ

3.21. Опыты по определению удельной теплоемкости минерального скелета грунта производят с трехкратной повторностью по общим правилам калориметрирования. По окончании измерений производят контрольное взвешивание образцов.

3.22. Величину удельной теплоемкости исследованного образца грунта по результатам опыта вычисляют по формуле

(33)

где k - тепловое значение калориметра в кал/град;

g_к- вес калориметрической жидкости в г;

с_к- удельная теплоемкость калориметрической жидкости в кал/г·град, средняя в интервале температур от q₀ до q'_n (см. табл. 3);

q'₀ до q'_n - соответственно начальная и конечная температуры жидкости в калориметрическом стакане в °С, исправленные с учетом влияния теплообмена;

q_обр - начальная температура образца в °С;

с_б- удельная теплоемкость материала бюкса. Для латунного бюкса с_б= 0,09 кал/г·град;

с_н - удельная теплоемкость герметизирующего уплотнения бюкса в кал/г·град;

g_г, g_б, g_н- соответственно вес образца грунта, бюкса и герметизирующего уплотнителя в г.

3.23. Удельную теплоемкость минерального скелета неоднородного грунта, теплоемкость отдельных составляющих которого определялась раздельно на образцах, приготовленных согласно указаниям п. 3.18, вычисляют по формуле

с = c₁n₁ + с₂п₂ + … + с_in_i ккал/кг·град, (34)

где с_i - измеренные значения удельных теплоемкостей составляющих грунт компонентов в ккал/кг·град;

n_i - весовое содержание компонентов в долях единицы.

3.24. Результаты калориметрических определений теплоемкости грунтов представляют по форме табл. 14. За величину теплоемкости исследованного грунта принимают, среднеарифметическое значение параллельных определений, вычисленное с точностью до 0,01 ккал/кг·град. В графе о температурных условиях опыта указывают начальную температуру образца и калориметрической жидкости. За среднюю температуру калориметрических испытаний образца принимают среднеарифметическое значение указанных температур.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА

3.25. Средней эффективной теплоемкостью мерзлого грунта с_эф называют среднее значение его эффективной теплоемкости в заданном интервале отрицательных температур, отнесенное к середине этого интервала.

3.26. Величину средней эффективной теплоемкости мерзлого грунта определяют методом калориметрирования для установленного заданием интервала отрицательных температур или ряда последовательных интервалов. Если изменения с_эф входят в состав методики определения коэффициента теплопроводности мерзлого грунта, то калориметрирование образцов производят в тех температурных пределах, при которых выполнялся основной опыт.

ПРИБОРЫ

3.27. Калориметрирование образцов мерзлых грунтов производят в жидкостном калориметре. Для работы при отрицательной температуре в качестве калориметрической жидкости используют спирт или другую незамерзающую жидкость, которые заливают в калориметрический стакан и во внешнюю оболочку калориметра. Калориметр устанавливают в холодильной камере с постоянной отрицательной температурой, равной или близкой к предполагаемой в опытах температуре калориметрической жидкости.

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ

3.28. Образцы грунтов для калориметрических определений теплоемкости отбирают согласно указаниям п. 1.26. Вес образца должен быть 0,5-1 кг. Допускается оттаивание образцов при условии сохранения их начальной влажности.

3.29. Из отобранного образца грунта приготовляют 3-4 навески весом по 60-80 г, помещают их с небольшим уплотнением в калориметрические бюксы, взвешивают с точностью до 0,01 г и замораживают при постоянной температуре в соответствии с указаниями п. 2.16. Образцы, доставленные в лабораторию в мерзлом состоянии, перед калориметрированием выдерживают при постоянной отрицательной температуре 10-12 ч, которая должна соответствовать нижнему пределу температурного интервала опытов, установленных заданием.

3.30. В случае когда измерение теплоемкости входит в состав методики определения коэффициента температуропроводности мерзлого грунта, для калориметрирования используют образец, на котором определялся коэффициент теплопроводности грунта. Перед калориметрированием образец выдерживают при постоянной отрицательной температуре 10-12 ч.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ

3.31. Калориметрическое определение теплоемкости образца мерзлого грунта производят по правилам калориметрирования. Измерения проводят в режиме повышения температуры исследуемого образца (в цикле оттаивания) при начальной температуре калориметрической жидкости, равной верхнему пределу интервала температуры испытания образца, установленному заданием. Измерения выполняют с трехкратной повторностью. После окончания калориметрических испытаний образец взвешивают и определяют его суммарную влажность термостатно-весовым методом.

3.32. Значение средней эффективной теплоемкости исследованного образца грунта с_эф вычисляют по формуле (33). Вычисленное значение с_эф относят к средней температуре калориметрического опыта, равной среднему арифметическому из начальных значений температуры образца q_обр и калориметрической жидкости q₀. Результаты калориметрических испытаний грунта представляют по форме табл. 14.

3.83. Образцы анизотропных грунтов тонкослоистой текстуры подвергаются дополнительному испытанию при измененном условии теплообмена: с а-калориметра снимают нижнюю крышку и заменяют ее тонкостенным пластмассовым колпачком. Между колпачком и поверхностью образца оставляют воздушный зазор в 8-10 мм, исключающий непосредственный контакт образца с жидкостью и теплообмен между ними. После выдержки образца при постоянной температуре повторяют опыт в указанной выше последовательности.

Примечание. Испытание анизотропных образцов следует производить в а-калориметре высотой, примерно равной их диаметру. Слоистость образца должна совпадать с его торцовой поверхностью.

3.84. Все опыты выполняют с двукратной повторностью. Если расхождение между двумя измерениями превышает 5%, то производят контрольный опыт. По окончании измерений определяют влажность исследованного образца грунта термостатновесовым методом (ГОСТ 5179-64).

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

3.85. По данным опыта строят график изменения разности температуры образца и теплоотводящей жидкости q в °С в зависимости от времени. График строят в полулогарифмическом масштабе. По оси ординат откладывают значения lnq, а по оси абсцисс - время t в мин. На прямолинейном участке графика выбирают две точки, соответствующие моментам времени t₁ и t₂, и определяют значения температур q₁ и q₂. По этим данным вычисляют темп охлаждения образца грунта h по формуле

(47)

3.86. Вычисляют коэффициент температуропроводности образца а по формуле

(48)

где k_ф - коэффициент формы a-калориметра, определяемый по формуле

(49)

где R и h - соответственно радиус и высота образца в см.

3.87. Определяют коэффициент теплопроводности исследованного образца грунта по формуле

l = а·с·g_об ккал/м·ч·град, (50)

где g_об - объемный вес образца грунта в кг/м³, определяемый путем деления веса образца на объем;

с - удельная теплоемкость образца грунта в ккал/кг·град.

3.88. Величину удельной теплоемкости образца грунта, вошедшую в формулу (50), определяют экспериментально при температурных условиях, аналогичных условиям данного опыта.

3.89. Для образца грунта слоистой текстуры вычисляют коэффициент тепловой анизотропности по формуле

(51)

где - коэффициент тепловой анизотропности образца грунта в долях единицы;

h - темп охлаждения образца в мин^-1, вычисленный по формуле (47) по данным основного опыта;

h' - темп охлаждения образца в мин^-1, вычисленный по формуле (47) по данным повторного опыта;

l_z и l_R - значения теплопроводности образца грунта соответственно вдоль его оси и нормально к ней.

Примечание. Абсолютное значение теплопроводностей l_R и l_z по данной методике не определяют. Приближенно l_R » el, и l_z = l/e, где l - коэффициент теплопроводности образца грунта, вычисленный по данным основного опыта.

3.90. Результаты испытаний грунта представляют по форме табл. 20. За величину коэффициента теплопроводности испытанного образца грунта принимают среднее арифметическое значение из двух-трех определений, вычисленных с точностью до 0,01 ккал/м·ч·град. За среднюю температуру испытания образца принимают среднее арифметическое значение начальной и конечной температуры. В числе дополнительных сведений приводят значения коэффициента температуропроводности в м²/ч и удельной теплоемкости образца грунта с указанием способа ее определения (расчетный, экспериментальный).

ПРИМЕР РАСЧЕТА

3.91. Испытан суглинок мерзлый тонко слоистой криогенной текстуры с суммарной влажностью W_c = 59,6 %. Испытания образца грунта произведены двумя способами: при обычных условиях измерений (опыт 1) и при теплоизоляции нижнего торца (опыт 2).

Исходные данные. Вес образца грунта g_г= 192,8 г.

Размеры образца (внутренние размеры а-калориметра):

радиус R =2,5 см;

высота h = 6 см.

Объем образца (внутренний объем а-калориметра) V = p R² h = 3,14·6,25·6 = 117,5 см³.

Коэффициент формы а-калориметра k_ф = 0,833 см².

Объемный вес образца грунта g_об = 192,8/117,5 = 1,64 г/см³ = 1640 кг/м³.

Постоянная термопары п = 0,122 град/дел. шкалы.

Начальная температура образца грунта q_обр = -12° С.

Температура теплоотводящей жидкости q_ср = -22,2° С.

Данные опытов приведены в табл. 21.

Таблица 21

Данные опытов

Время в мин	Опыт № 1		Опыт № 2
Время в мин	отсчет по гальванометру, дел. шкалы	разность температур q, град	отсчет по гальванометру, дел. шкалы	разность температур q, град
1	86	10,5	-	-
2	62	7,56	63	7,69
3	43	5,24	45	5,49
4	24	2,93	29	3,54
5	14,2	1,73	19,5	2,38
6	8,8	1,07	12,6	1,54
7	5,5	0,67	8,3	1,01
8	3,3	0,42	5,8	0,71

Вычисление. По двум произвольным значениям температуры, взятым на линейном участке графика изменения lnq по времени t, например для моментов времени t₁ = 3 мин и t₂= 7 мин в первом опыте и для t₁ = 3 мин и t₂= 6 мин во втором, вычисляют темпы охлаждения образца h и h' по формуле (47):

По найденному из первого опыта значению темпа охлаждения образца h определяют величину коэффициента температуропроводности грунта по формуле (48):

а = 0,006·0,501·0,833 = 0,0026 м²/ч.

Вычисляют величину коэффициента тепловой анизотропности образца грунта по формуле (51)

Для расчёта коэффициента теплопроводности грунта предварительно вычисляют величину его удельной теплоемкости по формуле (30) либо используют данные ее экспериментального определения. В данном случае с = 0,34 ккал/кг·град. Подставляя это значение с в формулу (51), определяют коэффициент теплопроводности

l = 0,0026·0,34·1,64 = 1,45 ккал/м·ч·град.

ТЕМПЕРАТУРА НАЧАЛА ЗАМЕРЗАНИЯ ЗАСОЛЕННЫХ ГРУНТОВ

3.92. Под температурой начала замерзания засоленного грунта понимают отрицательную температуру, при которой в поровом растворе появляются кристаллы льда.

3.93. Температуру начала замерзания порового раствора определяют для мерзлых грунтов массивной криогенной текстуры, а также для минеральных прослоек или макроагрегатов мерзлых грунтов слоистой и сетчатой криогенной текстуры, содержащих только поровый лед.

3.94. В засоленных грунтах массивной криогенной текстуры незамерзшая вода состоит из различных категорий связанной воды и раствора солей. Для таких грунтов температуры начала замерзания и таяния практически совпадают, так как они в основном зависят от концентрации порового раствора.

3.95. В засоленных мерзлых грунтах слоистой и сетчатой криогенной текстуры ледяные включения практически не содержат солей и оттаивают при 0°С.

3.96. Для определения температуры начала замерзания засоленного грунта используют монолиты или образцы нарушенного сложения с сохранением природной влажности.

3.97. Температуру начала замерзания определяют по кривой зависимости количества незамерзшей воды от отрицательной температуры, которую строят по результатам калориметрических опытов (см. рис. 2).

3.98. Температура начала замерзания засоленного грунта на кривой зависимости количества незамерзшей воды от отрицательной температуры соответствует количеству незамерзшей воды, равной природной влажности исследуемого образца.

3.99. Образцы засоленного грунта для определения содержания незамерзшей воды при различных значениях отрицательной температуры приготовляют при влажности границы текучести, т. е. влажности, заведомо превышающей природную влажность мерзлого грунта массивной криогенной текстуры или влажность минеральных прослоек (макроагрегатов) грунтов слоистой или сетчатой криогенной текстуры.

3.100. Для определения температуры начала замерзания грунта массивной криогенной текстуры на графике зависимости количества незамерзшей воды от отрицательной температуры (см. рис. 2) по оси ординат откладывают отрезок ОА, соответствующий значению природной влажности мерзлого грунта. Из точки А проводят прямую, параллельную оси температур, до ее пересечения в точке В с кривой W_н(q). Основание перпендикуляра, опущенного из точки В к оси температур, определяет температуру замерзания засоленного грунта массивной криогенной текстуры q_з.

3.101. В случае мерзлых грунтов слоистой и сетчатой криогенной текстуры для определения температуры замерзания необходимо предварительно установить влажность минеральных прослоек или макроагрегатов W_г. Эту влажность откладывают на оси ординат и определяют значение q_з.

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ГРУНТА И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ ЛАБОРАТОРНЫМ ИСПЫТАНИЯМ

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ

4.1. Характеристики механических свойств мерзлых и оттаивающих грунтов рекомендуется определять для глинистых и песчаных грунтов массивной, тонкослоистой и мелкосетчатой криогенной текстуры (пп. 1.12-1.18) при отсутствии в них обломочного материала. Для крупнообломочных, исключая щебнистые мерзлые грунты, в лабораторных условиях допускается определять только осадку при оттаивании.

4.2. Испытание мерзлого грунта производят на образце грунта ненарушенного сложения, естественной влажности и при отрицательной температуре, соответствующей заданным условиям опыта.

4.3. Образец грунта вырезают из монолита или керна, доставляемых в лабораторию без изменения их естественной влажности и при отрицательной температуре. Количество и размер поступающих в лабораторию монолитов и кернов должны обеспечить получение необходимого числа идентичных образцов для каждой разновидности грунта.

4.4. Образец вырезают из монолита так, чтобы при последующем испытании он по отношению к прилагаемому усилию имел ориентировку, соответствующую природному залеганию грунта в массиве.

4.5. Образец мерзлого грунта вырезают при помощи металлического кольца-пробобрателя (режущего цилиндра), из которого он с помощью ручного пресса или специального выталкивателя перемещается в рабочее кольцо прибора. Для уменьшения трения грунта внутреннюю поверхность стенки кольца пробообрателя предварительно покрывают тонким слоем (пленкой) технического вазелина.

Примечание. В опытах по определению сжимаемости мерзлого грунта под нагрузкой (пп. 4.22-4.56) образец отбирают непосредственно в рабочее кольцо, что уменьшает возможные потери грунта и образование зазоров между кольцом и образцом.

4.6. Кольцо-пробобратель изготовляют из нержавеющей стали толщиной 3-4 мм. Нижнюю часть кольца с внешней стороны затачивают на конус. Пробобратель должен быть на 5-6 мм выше рабочего кольца и иметь внутренний диаметр на 0,5-1 мм больше внутреннего диаметра рабочего кольца, что исключит возможность появления зазора между образцом и стенками рабочего кольца.

Рекомендуется иметь набор колец-пробобрателей (по 5-6 шт.), размеры которых должны соответствовать диаметрам рабочих колец.

4.7. Перед отбором образцов грунта рабочие кольца и кольца-пробобратели нумеруют, а также определяют их вес и размеры, необходимые для расчета объемного веса испытываемого мерзлого грунта. Эти данные записывают в журнал (табл.24).

Таблица 24 (Форма)

Журнал исходных данных исследуемых образцов мерзлого грунта перед опытом

Наименование грунта ________________________________

Место, глубина и дата отбора грунта ___________________

Тип криогенной текстуры ____________________________

Лабораторный №

Номер кольца (бюкса) чашки

Вес кольца (бюкса) чашки

Внутренний диаметр кольца в см

Площадь образца в см²

Высота образца перед опытом в мм

Объем образца перед опытом в см³

Вес образца с кольцом в г

Вес образца в г

среднее значение

4.8. Для отбора образца на зачищенную поверхность мерзлого грунта устанавливают кольцо-пробобратель или рабочее кольцо.

Грунт с наружной стороны кольца (у заостренного края) осторожно срезают острым ножом и, легко надавливая кольцо, постепенно надвигают на образующийся грунтовый цилиндр до полного его заполнения. Излишки грунта с торцов срезают вровень с краями кольца; верхнюю и нижнюю поверхности образца грунта тщательно зачищают ножом с прямым лезвием.

4.9. Испытываемый образец грунта должен соответствовать размеру рабочего кольца и иметь тщательно зачищенные и отшлифованные тонкой наждачной бумагой поверхности оснований. Взаимную параллельность оснований образца проверяют измерением его высоты штангенциркулем, производимым с точностью до 0,1 мм. Измерение высоты производят не менее чем в шести различных точках образца. Исходные данные записывают в журнал наблюдений (табл. 24).

4.10. Подготовленный образец мерзлого грунта вместе с кольцом-пробобрателем или рабочим кольцом взвешивают с точностью до 0,01 г на технических весах, установленных в помещении, в котором поддерживается отрицательная температура. Полученные данные записывают в журнал (табл. 24).

4.11. Перед испытанием образец мерзлого грунта, взятый в кольцо-пробобратель (за исключением случая, когда он предназначен для испытания на сжимаемость в мерзлом состоянии), перемещают из пробобрателя в рабочее кольцо, зачищают сверху и снизу вровень с краями кольца и снова взвешивают. Данные записывают в журнал (табл. 24). При перемещении образца грунта в рабочее кольцо необходимо следить за плотностью прилегания грунта к стенкам кольца.

4.12. Операции по отбору образца мерзлого грунта, его хранению, перемещению в рабочее кольцо прибора и загрузке в прибор производят в помещении с отрицательной температурой воздуха, но не выше минус 2-3° С, когда в процессе обработки образцы быстро оттаивают, и не ниже минус 8-10° С, когда обработка грунта затруднена. Условиям таких помещений отвечают естественные и искусственные холодильные камеры и полевые лаборатории, вырытые в толще вечномерзлых грунтов (см. рис. 1).

4.13. Подготовленный образец грунта до испытания рекомендуется хранить в помещении с отрицательной температурой и постоянной относительной влажностью воздуха в нем, по не более пяти суток, при этом с целью предохранения образцов от выветривания их обертывают листовой резиной - изопаролентой или полиэтиленовой пленкой. Образец можно также покрывать резиновым клеем, при высыхании которого образуется тонкий слой резины, хорошо прилегающий к поверхности образца и предохраняющий его от выветривания. Образец при постоянной температуре и влажности воздуха хранят либо непосредственно в помещении, где производят испытания, либо в специальном ультратермостате, холодильном шкафу или камере.

4.14 Подготовленный образец грунта перед испытанием выдерживают при постоянной температуре, соответствующей температуре последующих испытании: не менее 6 ч для песчаного грунта и не менее 24 ч для глинистого грунта.

4.15. Для каждого образца грунта определяют исходное (до опыта) и конечное (после опыта) знамения объемного веса и влажности, а для каждой разновидности грунта - гранулометрический состав, засоленность п удельный вес, а также пластические свойства, необходимые для общей характеристики и установления номенклатуры грунта.

Результаты определений записывают в журнал (табл. 1,24,25).

Таблица 25 (Форма)

Данные по определению физических показателей образцов мерзлого грунта после опыта

Лабораторный № образца	Высота образца после опыта в мм	Объем образца после опыта в см³	Вес образца с чашкой в г				Вес сухого образца в г	Вес влажного образца в г
			до сушки	после сушки
			до сушки	1	2	3

ТРЕБОВАНИЯ К ИСПЫТАНИЯМ

4.16. Испытания образца мерзлого грунта производят при постоянных в течение всего опыта отрицательной температуре и относительной влажности воздуха в помещений.

При испытании допускается лишь небольшое отклонение температуры от принятого экспериментального значения. Для песчаных и глинистых грунтов в пластичномерзлом состоянии допускают отклонения температуры на величину ± 0,1° C, а для таких же грунтов в твердомерзлом состоянии - на ± 0,5° С.

Примечание. При длительных испытаниях грунтов, когда по техническим причинам в течение всего опыта трудно поддерживать постоянную температуру, допускается кратковременное; (2-3-часовое) ее понижение, но не более чем на один градус, при обязательном условии, что заданная температура будет восстановлена и выдержана в течение времени, необходимого для стабилизации деформации.

4.17. Температуру образца мерзлого грунта при испытании назначают в зависимости от задания. При отсутствии в задании на лабораторную работу указания о температуре испытания рекомендуется проводить при двух температурах:

температуре, соответствующей природной температуре грунта в основании слоя с нулевой годовой амплитудой, расположенного на глубине 10 м;

температуре, соответствующей максимальной среднегодовой температуре грунта, средней за десять лет, на глубине 1 м от верхней границы вечномерзлой толщи.

4.18. Не допускается испытывать образец мерзлого грунта на приборе, имеющем температуру выше 0° С. Перед каждым испытанием прибор выдерживают не менее 2 ч в холодильной камере при отрицательной температуре, соответствующей температуре последующих испытаний.

4.19. Перед началом каждого испытания опытную установку проверяют и приводят в горизонтальное положение. Установку прибора в горизонтальном положении осуществляют специальными установочными винтами, уровнем и отвесом.

4.20. Смонтированный для испытания прибор необходимо тарировать, т. е. определять его собственную деформацию при предполагаемых нагрузках. Тарировку производят с трехкратной повторностью по методике, принятой для приборов, применяемых при испытаниях талых грунтов.

4.21. Перед началом каждого испытания для достижения наиболее полного контакта поверхности оснований образца со штампом и поддоном прибора производят обжатие мерзлого грунта: образцов с температурой выше -2° С в течение 15 сек под нагрузкой, равной максимальному усилию в опыте; образцов с температурой ниже -2° С в течение 30 сек под нагрузкой, равной также максимальному усилию в опыте. При обжатии штамп необходимо поворачивать вокруг оси на 90° (четыре раза) с возвращением его в исходное положение. Обжатие производят в помещении с отрицательной температурой воздуха.

СЖИМАЕМОСТЬ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

4.22. Некоторые разновидности мерзлых грунтов при определенных условиях обладают свойством сжимаемости. Основания, сложенные сжимаемыми грунтами, рассчитывают по второму предельному состоянию, т. е. по деформациям.

Под сжимаемостью мерзлого грунта понимают его уплотнение без возможности бокового расширения, вызываемое в изотермических условиях действием сжимающей нагрузки.

4.23. К сжимаемым мерзлым грунтам можно отнести все разновидности пластичномерзлых грунтов (табл. 26), а также твердомерзлые сильнольдистые грунты.

Таблица 26

Пластичномерзлые грунты

Грунт	Температура грунта, °С выше
Песок пылеватый	-0,3
Супесь	-0,6
Суглинок	-1
Глина	-1,5

Примечание. Табл. 26 дана для незаселенных грунтов (см. п. 2.70) при их льдистости Л_в£ 0,4.

4.24. Основными расчетными показателями, характеризующими сжимаемость мерзлых грунтов, являются коэффициент сжимаемости а_i и модуль деформации E_i, которые зависят от температуры мерзлого грунта, а также от величины и продолжительности действия нагрузки.

4.25. Сжимаемыми считают такие мерзлые грунты, которые характеризуются коэффициентом сжимаемости а_i > 0,005 см²/кг или модулем деформации E_i < 200 кг/см² при воздействии на них нормальных давлений, не превышающих величины нормативного сопротивления мерзлых грунтов нормальному давлению R^н (см. табл. 6 главы СНиП II-Б.6-66 и п. 4.125 настоящего Руководства).

4.26. Характеристики сжимаемости мерзлого грунта определяют по результатам испытаний грунта статическими нагрузками (испытания штампом), проводимых непосредственно в полевых условиях, или по результатам компрессионных испытаний грунта в лабораториях.

4.27. Метод испытаний мерзлых грунтов статическими нагрузками в настоящее время имеет ограниченное применение: испытание мерзлого грунта штампом трудоемко, так как связано с необходимостью сохранения отрицательной температуры грунта и окружающего воздуха в течение длительного времени. Этот метод рекомендуется использовать только в исключительных случаях при инженерно-геологических изысканиях для особо важных зданий и сооружений, причем проведение таких испытаний должно быть предусмотрено специальным заданием.

4.28. Метод компрессионного испытания имеет широкое применение как наиболее простой и приемлемый для работы в стационарных лабораториях. При таком испытании образец мерзлого грунта подвергается сжатию без возможности его бокового расширения под действием возрастающей ступенями нагрузки.

Примечание. Метод компрессионных испытаний образцов мерзлого грунта в отличие от испытаний талых грунтов дает удовлетворительные результаты, так как трение мерзлого грунта о стенки прибора незначительно и при этом не нарушается структура грунта, взятого с любой глубины.

ПРИБОРЫ

4.29. Приборы, используемые для компрессионных испытаний мерзлого грунта, аналогичны компрессионным установкам, предназначенным для обычных, немерзлых грунтов, и состоят из трех основных частей - одометра или прибора, в котором непосредственно сжимают мерзлый грунт, рычажного пресса, при помощи которого осуществляют передачу нагрузки на образец, и измерительной аппаратуры - индикаторы, самописцы. Каждая составная часть компрессионного прибора, предназначенного для испытания именно мерзлого грунта, должна удовлетворять повышенным техническим требованиям.

4.30. Компрессионный прибор - одометр (рис. 11) должен отвечать следующим основным требованиям:

а) детали прибора, за исключением штампа и рабочего кольца, должны быть изготовлены из органического стекла (плексигласа), плохие теплопроводные свойства которого позволяют сохранять постоянную температуру образца грунта при небольших колебаниях температуры окружающей среды;

Примечание. При испытаниях образцов мерзлого грунта с температурой ниже -2° С допускается пользоваться одометрами, изготовленными из металла, например нержавеющей стали.

б) измерители деформаций должны располагаться непосредственно на штампе или поддоне одометра, чтобы исключить возникновение дополнительных погрешностей;

в) размер отверстий в перфорированном штампе и поддоне одометра не должен превышать 0,5 мм, а зазор между штампом и рабочим кольцом должен быть менее 0,1 мм, что исключает возможность пластического выдавливания льда;

г) рабочие кольца одометра должны изготавливаться из нержавеющей стали толщиной не менее 0,04 от диаметра кольца и использоваться в качестве пробобрателей, для чего один край их с наружной стороны затачивается на конус;

д) высота рабочего кольца должна быть менее ⅓ от его внутреннего диаметра в случае испытания мерзлых грунтов массивной, тонкослоистой или мелкосетчатой криогенной текстуры и с влажностью менее 50%, а в случае испытании образцов слоистой и сетчатой криогенной текстуры при влажности более 50% высота кольца должна быть более ⅓ диаметра, но не более ⅔ его;

е) внутренний диаметр рабочих колец должен быть равен 8,74 или 11,3 см, что обеспечивает испытание образцов принятой площади (60 или 100 см²).

Рис. 11. Схема прибора для определения сжимаемости мерзлого грунта
1 - образец грунта; 2 - рабочее кольцо; 3 - направляющее кольцо; 4 - направляющий цилиндр (обойма); 5 - перфорированный поддон; 6 - перфорированный штамп; 7 - индикаторы; 8 - стойки для крепления индикаторов; 9 - подвижной кронштейн; 10 - шарик для точенной передачи нагрузка

4.31. Рычажный пресс, применяемый при испытании мерзлого грунта подбирают в зависимости от максимального значения предполагаемого усилия. Для принятых размеров образца грунта такому условию удовлетворяют прессы с усилием в 0,5-1,5 т. Рекомендуют применять прессы с передачей нагрузки через сдвоенную систему рычагов или секторные рычаги при общей кратности их плеч, не превышающей 1:20. Это позволяет пользоваться при экспериментах нагрузкам-разновесами небольшой величины.

4.32. Деформации сжимаемости мерзлого грунта измеряют разовыми отсчетами по индикаторам часового типа или автоматически при помощи самописцев. Ввиду, незначительной величины скорости процесса уплотнения мерзлого грунта и в связи с тем, что необходимо проследить за сжимаемостью во времени, рекомендуется применять микронные измерительные приборы с ценой деления »0,002 мм. Измерение деформаций производят двумя приборами, расположенными по диаметру образца.

4.33. Исследуемые образцы должны строго соответствовать размеру рабочих колец, поэтому поверхности нижнего и верхнего оснований образца тщательно зачищают острым ножом с прямым лезвием и отшлифовывают на тонкой наждачной бумаге. Основания образца должны быть взаимно параллельны, что следует проверять измерениями высоты образца штангенциркулем с точностью до 0,1 мм не менее чем в шести различных точках.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.34. Показатели сжимаемости мерзлого грунта определяют по данным измерения линейных деформаций образца. Другие способы определения деформации (по изменению пористости и веса) не применяют.

4.35. Компрессионные испытания образца мерзлого грунта производят в помещении с постоянными отрицательной температурой и относительной влажностью воздуха. В случае когда в течение всего опыта поддерживать постоянную температуру технически невозможно, допускают кратковременное (до 2-3 ч) ее понижение не более чем на 1°, но при обязательном восстановлении исходной температуры и выдерживании ее в течение времени, необходимого для достижения стабилизации деформаций.

4.36. Перед каждым испытанием проверяют готовность компрессионного прибора, обращая внимание на отсутствие засоренности отверстий в штампе и поддоне, а также на свободное прохождение штампа через рабочие кольца (проверка на эллипсность).

4.37. Компрессионные испытания выполняют под нагрузкой, возрастающей ступенями, с выдерживанием каждой ступени нагрузки до стабилизации деформации.

4.38. Число и величина ступеней нагрузки определяются видом мерзлого грунта и его температурой:

а) нагружение песчаных грунтов осуществляют ступенями, последовательно увеличивающимися на 2-3 кг/см²;

б) нагружение глинистых грунтов (суглинок, глина) с температурой ниже -1,5° С проводят ступенями, последовательно увеличивающимися на кг/см², а грунтов с температурой выше -1,5° С - на величину не более 1-2 кг/см².

4.39. Величину нагрузки первой ступени принимают равной природному давлению где Н - глубина взятия образца, - объемный вес мерзлого грунта.

4.40. Величину последней ступени нагрузки, т. е. максимальное уплотняющее давление, принимают по заданию. При отсутствии конкретного задания в качестве ориентировочного значения давления на последней ступени нагружения образца грунта принимают величину, равную нормативному сопротивлению мерзлого грунта нормальному давлению по табл. 6 главы СНиП II-Б.6-66.

4.41. На каждой ступени нагрузки фиксируют деформацию и время. Нагрузку каждой последующей ступени прикладывают только после стабилизации деформации на данной ступени.

4.42. Условно стабилизовавшейся считают деформацию, приращение которой не превышает 0,005 мм за следующие интервалы времени: для песков - 6 ч, для супесей - 12 ч, для суглинков и глин - 24 ч.

Критерием стабилизации деформации является также величина приращения деформации, которая за те же интервалы времени должна быть менее 5% полной деформации, достигнутой на данной ступени нагружения. Стабилизацию считают достигнутой, если указанные условия выполняются в течение двух последующих интервалов времени.

4.43. Для каждой установленной ступени нагрузки определяют вес груза (разновесов) в кг:

Р_г = pFN,

где F - площадь образца грунта, вычисленная по внутреннему диаметру рабочего кольца, в см²;

N - соотношение плеч рычагов пресса (например, 1:20 или 1:40);

р - давление на образец грунта в кг/см².

4.44. Подготовленный в соответствии с рекомендациями пп. 4.1-4.15 настоящего Руководства образец грунта помещают в одометр, на него устанавливают штамп и закрепляют измерители деформаций - индикаторы. После этого образец выдерживают в одометре не менее 1 ч.

4.45. По индикаторам, установленным в «нулевое положение», берут контрольные отсчеты, производят обжатие образца в соответствии с указаниями п. 4.21 и вновь берут контрольные отсчеты.

4.46. После обжатия образца индикаторы вновь устанавливают в «нулевое положение» и берут начальные отсчеты. Затем дают первую ступень нагрузки, одновременно включая секундомер, п производят последующие отсчеты. Результаты наблюдении записывают в журнал (табл. 27).

Таблица 27 (Форма)

Данные наблюдений при испытании мерзлых грунтов на компрессию

Дата

Вес грунта Р, кг

Давление s₁, кг/см²

Время взятия отсчета

Время от момента приложения данной ступени нагрузки

Температура испытания q, °С

Показания индикаторов в мм

Абсолютная деформация грунта и прибора в мм

Абсолютная деформация грунта, l, мм

Относительная деформация грунта, d %

мин

I индикатор

II индикатор

средняя

4.47. Отсчеты по индикаторам рекомендуют брать через следующие интервалы времени: 1, 5, 10, 20, 30 мин, а затем через 1, 3, 6, 12 ч и в дальнейшем через каждые 12 или 24 ч до полной стабилизации, устанавливаемой в соответствии с указаниями п. 4.42. Установленный режим наблюдений сохраняют для всех ступеней нагружения в каждом опыте.

4.48. В ходе опыта одновременно с измерением деформаций наблюдают за температурой окружающего воздуха, которая определяется автоматически при помощи самописца или путем разовых отсчету по термометру сценой деления 0,1°. Периодические наблюдения позволяют своевременно реагировать на отклонения температуры от ее опытного значения. Данные наблюдении записывают в журнал (табл. 27).

4.49. После стабилизации деформации на последней ступени нагрузки считают опыт законченным, одометр быстро (в течение нескольких минут) разбирают, чтобы отжатая вода в нем не замерзла. Образец грунта вместе с кольцом извлекают из одометра. Появившуюся на поверхности образца воду рекомендуется удалять фильтровальной бумагой. Наконец, образец вместе с рабочим кольцом взвешивают с точностью до 0,01 г на технических весах, установленных в том же помещении.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СЖИМАЕМОСТИ

4.50. По результатам измерений, выполненных в соответствии с п. 4.33, определяют начальную высоту образца грунта с точностью до 0,1 мм. Ее вычисляют как среднюю арифметическую величину (h_н) из числа замеров (п), сделанных штангенциркулем

По установленным значениям размера образца мерзлого грунта (высоты, диаметра) и результатам его взвешивания до и после опыта рассчитывают следующие характеристики грунта: объемный вес образца грунта , влажность W_c и льдистость Л.

4.51. По результатам наблюдений при испытаниях (табл. 27) определяют абсолютную деформацию грунта и прибора (в мм) с точностью до трех десятичных знаков. Ее рассчитывают как среднюю арифметическую величину из показаний двух индикаторов (или записей двух автоматических измерительных устройств). Затем рассчитывают величину абсолютной деформации самого грунта с учетом поправки на тарировку прибора (п. 4.20).

4.52. Для каждой нагрузки во все моменты времени ее действия определяют величину относительной деформации грунта d = l/h_н с точностью до третьего десятичного знака или до десятых долей процента d = l/h_н ´100%, где l - абсолютная деформация грунта в мм; h_н - начальная высота образца в мм.

Результаты всех вычислений заносят в журнал (табл. 28).

Тaблица 28 (Форма)

Результаты определения показателей величины сжимаемости мерзлого грунта

№ опыта

Грунт

Объемный вес , г/см³

Влажность

W_c, %

Интервалы давления DР, кг/см²

Приращение относительной деформации на каждой ступени нагрузки Dd

Коэффициент сжимаемости а_i, см²/кг

Модуль деформации E_i, кг/см²

Примечание

4.53. По сведениям журнала (табл. 27) строят:

а) кривые консолидации, т. е. кривые изменения относительной деформации во времени, при действии постоянной нагрузки (рис. 12); по этим кривым судят о стабилизировавшейся деформации d = f(t) на каждой ступени нагружения;

Рис. 12. Зависимость величины относительной деформации d от времени t при ступенчатом загружении мерзлого грунта

б) компрессионную кривую, т. е. кривую зависимости относительной деформации от нагрузки (рис. 13) d = f(p) по результатам всех ступеней нагружения.

Рис. 13. Зависимость относительной деформации от давления р (компрессионная кривая)

4.54. Компрессионную кривую строят по конечным деформациям грунта, т. е. по деформациям, стабилизовавшимся на каждой ступени нагрузки, откладывая по оси абсцисс величину давления р (кг/см²), а по оси ординат - величину относительной деформации d (в долях единицы).

4.55. По кривой зависимости относительной деформации d от нагрузки р определяют величину коэффициента сжимаемости мерзлого грунта а_i. С этой целью компрессионную кривую заменяют ломаной прямой и величину коэффициента сжимаемости а_i мерзлого грунта определяют как отношение приращения относительной деформации сжатия Dd к величине приращения давления Dр. Таким образом, коэффициент сжимаемости а_i численно равен тангенсу угла наклона к оси абсцисс прямой, интерполирующей компрессионную кривую в пределах выбранного интервала уплотняющих давлений (см рис.13):

(54)

Интервалы давлений Dр и соответствующие им изменения деформаций Dd грунта определяют графически и записывают в журнал (табл. 28).

4.56. Модуль деформации E_i мерзлого грунта, как обратную величину коэффициента сжимаемости а_i, рассчитывают по формуле

(55)

где

m - коэффициент бокового расширения (коэффициент Пуассона).

При отсутствии данных о значении коэффициента бокового расширения величину b можно принимать равной 0,8.

СЖИМАЕМОСТЬ ОТТАИВАЮЩЕГО ГРУНТА

4.57. Расчет оснований, оттаивающих при эксплуатации зданий и сооружений, производят по второму предельному состоянию (по деформациям) по формулам (28) и (31) в соответствии с указаниями пп. 5.35 и 5.36 главы СНиП II-Б.6-66. В эти формулы входит важная характеристика оттаивающего мерзлого грунта, называемая относительным сжатием.

4.58. Под относительным сжатием вечномерзлого грунта при его оттаивании понимают осадку, отнесенную к слою грунта единичной толщины, обусловленную таянием ледяных включений и уплотнением оттаявшего грунта при воздействии сжимающей нагрузки.

4.59. Величину относительного сжатия вечномерзлого грунта определяют по формуле

d_i = А_i + а_i s_i (56)

где А_i - безразмерный коэффициент оттаивания, зависящий исключительно от объема ледяных включений в грунте. Он характеризует осадку оттаивающего слоя мерзлого грунта единичной толщины без воздействия давления;

а_i - коэффициент сжимаемости или уплотнения оттаивающего грунта под нагрузкой. Он равен относительной осадке, приходящейся на единицу давления, т. е.

s_i - давление в кг/см², которое в опыте должно быть равно давлению в середине i-го слоя оттаивающего грунта основания и обусловленное собственным весом вышележащей толщи грунта и внешней нагрузкой.

4.60. Коэффициенты А_i и а_i, характеризующие сжимаемость оттаивающего грунта, могут быть определены в полевых условиях горячими штампами или в лабораторных условиях методом компрессионных испытаний.

4.61. Основным видом испытания для определения характеристик сжимаемости оттаивающего грунта А_i и а_i является полевой метод. При полевом испытании грунта получают значения А_i и а_i, осредненные по слоям литологического разреза. Полевой метод применим для всех видов грунтов, но ввиду трудоемкости он используется главным образом для определения сжимаемости оттаивающих разрушенных коренных пород, крупнообломочных и сильнольдистых мерзлых грунтов.

Метод компрессионных испытаний оттаивающего грунта рекомендуется для грунтов, указанных в п. 4.1.

ПОЛЕВОЙ МЕТОД

ОБОРУДОВАНИЕ

4.62. Деформативные характеристики оттаивающего грунта определяют непосредственно на строительной площадке в оборудованном для этих целей опытном шурфе с помощью специальных установок.

4.63. Для испытания грунта в шурфе применяют жесткие квадратные или круглые плоские штампы площадью не менее 5000 см². Сравнительно большой размер штампа, вызван необходимостью учета влияния на осадку при оттаивании криогенного строения текстурированных грунтов и крупных включений крупнообломочных грунтов.

4.64. Конструкция штампа должна обеспечивать его нагревание электроэнергией, горячей водой или газом. Наиболее простой и рациональной является конструкция штампа с электрообогревом (рис. 14). Потребляемая мощность для штампа площадью 5000 см² должна быть 6-7 квт, чтобы обеспечить наблюдаемую в естественных условиях скорость протаивания грунта.

Рис. 14. Штамп с электрообогревом
1 - плита; 2 - боковая поверхность штампа; 3 - крышка; 4 - упор; 5 - стойка; б - ребро (100´360 мм); 7 - ребро (100´255 мм); 8 - наконечник; 9 - ручка; 10 - фарфоровый ролик; 11 - фарфоровая трубка; 12 - нагревательная электрическая спираль общей мощностью 6-7 квт; 13 - асбест

4.65. Испытание грунта в опытном шурфе желательно производить двумя штампами с целью выявления неравномерности осадки по площади. При работе с одним штампом сечение шурфа в плане принимают 2,5´2,5 или 2,5´4,5 м при наличии двух штампов.

4.66. Нагрузку на штамп создают при помощи гидравлического домкрата или любого тарированного груза (при использовании грузовой платформы или рычага). В последнем случае нагрузку осуществляют бетонными погрузочными блоками весом до 2,5 т. Величина нагрузки при опыте берется из расчета получения в испытываемом слое, грунта напряжений, предусмотренных заданием.

4.67. Наиболее целесообразно применять распорное устройство в сочетании с гидравлическим домкратом (рис. 15). Распорное устройство состоит из саней, двух опорных ферм, двух продольных и одного поперечного пакета. Для выемки грунта из шурфа и спуска в него материалов и оборудования предусматривают кран-укосину с лебедкой.

Рис. 15. Схема полевой установки для определения сжимаемости мерзлого грунта при оттаивании
1 - балласт - бетонные блоки; 2 - продольный пакет; 3 - опорные фермы; 4 - сани; 5 - поперечный пакет; 6 - гидравлический домкрат с индикатором перемещений и манометром давлений; 7 - винтовой (ручной) домкрат; 8 - насосная станция; 9 - кран-укосина для выемки грунта из шурфа а спуска в него материалов и оборудования; 10 - электрическая лебедка; 11 - распределительный электрощит; 12 - колонна штанг на фланцевом соединении; 13 - металлический штамп с электронагревателем; 14 - деревянная венцовая крепь; 15 - насыпной грунт; 16 - суглинистый, грунт; 17 - крупнообломочный грунт

4.68. Предлагаемая распорная установка в опытном шурфе позволяет проводить испытания одновременно двумя штампами. Расстояния между центрами штампов должны быть не менее 2 м, чтобы исключить их взаимное влияние.

4.69. Нагрузку от гидравлических домкратов, каждый из которых крепится к поперечному пакету установки, передают на штампы через колонну вертикальных штанг. Для испытаний целесообразно применять домкраты с механическим приводом от насосной станции марки НСП-400м.

4.70. Вертикальные штанги изготовляют из металлических труб диаметром 168 мм на фланцевых соединениях. Комплект штанг для одного штампа при его заглублении до 15 м состоит из труб длиной 0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1; 1,2; 1,5 м и пяти труб длиной 2 м. Возможность продольного изгиба колонны штанг при заглублении штампа более чем на 10 м устраняют установкой распорок к каждой стенке шурфа через каждые 4 м по высоте.

4.71. Нижний конец штанги снабжен шаровой пятой, которая опирается на подпятник (наконечник) штампа. На верхний конец штанги крепят ручной винтовой домкрат, с помощью которого окончательно устанавливают длину колонны штанг (в пределах 300 мм), требуемую по условиям опыта.

4.72. Манометр для регистрации давления монтируют непосредственно на гидравлическом домкрате. Максимальное рабочее давление в опыте должно укладываться в пределах ⅔ шкалы манометра.

4.73. Для поддержания в течение всего опыта в масляной системе постоянного давления, соответствующего заданной нагрузке на штамп, гидравлический домкрат с насосной станцией оборудуют магнитным пускателем с реле, а вместо обычных применяют электроконтактные манометры с теми же пределами измерений.

4.74. Вертикальные перемещения штампа измеряют индикаторами часового типа или другими измерительными устройствами. Окончательную осадку определяют как среднее из двух показаний измеряющих устройств, фиксирующих осадку противоположных сторон штампа.

ПОДГОТОВКА ШУРФА К ИСПЫТАНИЯМ

4.75. Место для опытного шурфа выбирают в зависимости от задания с учетом инженерно-геологических и мерзлотно-грунтовых условий строительной площадки.

4.76. Выбранную площадку планируют. Для сохранения температурного режима мерзлых грунтов строительной площадки (в период монтажа оборудования) на ее поверхность отсыпают балластную подушку из гравия, гальки или горелой породы толщиной 20-40 см.

4.77. На выровненную площадку устанавливают при помощи отвеса и уровня распорную установку. После этого проходят шурф с креплением стенок до глубины максимального сезонного оттаивания, а в случае несливающейся вечномерзлой толщи - до ее верхней поверхности. Над шурфом устраивают перекрытие с люками и наблюдательную будку. На продольные пакеты установки укладывают бетонные блоки, а затем в будке монтируют все необходимое оборудование.

4.78. До начала испытания описывают и зарисовывают криогенное строение стенок шурфа с тщательным замером ледяных включений в соответствии с указаниями пп. 1.12-1.19. На уровне установки штампа отбирают два-три монолита мерзлого грунта весом более 4-5 кг каждый для определения состава и основных физических характеристик.

Исходные данные об условиях проведения полевого опыта записываются в журнал (табл. 29).

Таблица 29 (Форма)

Исходные данные при определении осадки мерзлых грунтов в процессе оттаивания в полевых условиях

Местоположение опытного шурфа и его описание	Глубина залегания испытываемого слоя грунта в см	Мощность испытываемого слоя в см	Температура мерзлого грунта в °С	Площадь горячего штампа F, в см²	Сила тока, а и мощность, в т, потребляемые электрической спиралью штампа		Температура штампа в °С
Местоположение опытного шурфа и его описание	Глубина залегания испытываемого слоя грунта в см	Мощность испытываемого слоя в см	Температура мерзлого грунта в °С	Площадь горячего штампа F, в см²	в начале опыта	в конце опыта	Температура штампа в °С

4.79. Перед установкой штампа забой шурфа тщательно выравнивают и зачищают до ненарушенного мерзлого грунта. Выступы отдельных валунов и крупной гальки сбивают, а образовавшиеся углубления засыпают песком и уплотняют для обеспечения надежного контакта штампа с грунтом.

4.80. В местах установки штампа под его центром пробуривают, если это возможно, скважину диаметром 3-4 см и глубиной 50 см. В ней устанавливают пять электротермометров сопротивления на глубинах 10, 20, 30, 40 и 50 см.

4.81. Скважины с установленными электротермометрами по всей глубине тщательно забивают охлажденной глиной или суглинком, чтобы предотвратить попадание воды при оттаивании мерзлого грунта под штампом. Концы проводов от электротермометров сопротивления выводят в будку для наблюдений и подключают к измерительной аппаратуре.

4.82. На подготовленный забой шурфа под центром гидравлического домкрата по отвесу и уровню устанавливают штамп и монтируют вертикальные штанги требуемой длины. Гидравлический домкрат подключают к насосной станции, а штамп с обогревательными спиралями включают в электрическую сеть. Всю измерительную аппаратуру, установленную в будке, приводят в рабочее положение.

4.83. Перед началом испытания полностью собранную установку тарируют нагрузкой, согласно условиям опыта, но без включения подогрева штампа. Верхний предел тарировочной нагрузки должен на 10-15% превышать максимальное давление на штамп. По данным этих испытаний строят тарировочный график установки.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.84. Грунты оснований испытывают послойно. Путем послойного опробования оттаивающих грунтов определяют характеристики сжимаемости А_i и а_i ряда слоев мерзлых грунтов до заданной проектной глубины.

4.85. Испытанию подвергают слой грунта толщиной менее половины ширины или радиуса штампа. После испытания каждого слоя штамп демонтируют, убирают опробованную породу и снова монтируют всю установку.

4.86. Рекомендуется подогрев штампа производить до момента, когда глубина оттаивания грунта под штампом достигнет 20 см, после чего обогревательную установку выключают. Дальнейшее оттаивание грунта происходит за счет запаса тепла в оттаявшем грунте.

4.87. При штампе диаметром 70,7 см и потребляемой мощности электроэнергии 6-7 квт оттаивание на глубину 20 см в среднем происходит за 6-10 ч в зависимости от разновидности грунтов и типа их криогенной текстуры.

4.88. Перед началом каждого испытания на штамп прикладывают кратковременную (до 3 мин) нагрузку обжатия, равную природному давлению грунта на отметке установки штампа, но не менее 0,5 кг/см². После снятия нагрузки обжатия приступают непосредственно к испытаниям.

4.89. Испытание грунта в шурфе горячим штампом производят путем оттаивания грунта без нагрузки - первый этап и последующего его уплотнения под нагрузкой - второй этап.

4.90. При оттаивании грунта (первый этап) на него передается нагрузка лишь от веса штампа и штанг, что создает давлений не более 0,2 кг/см², которым в расчетах пренебрегают.

4.91. После оттаивания производят уплотнение грунта (второй этап) давлением, равным: для глин s_i = 1 кг/см² и для песков s_i = 2 кг/см².

4.92. При наличии крупнообломочных грунтов и разрушенных коренных пород их оттаивание без нагрузки может привести, к заклиниванию крупных включений. Поэтому для таких грунтов оттаивание следует производить под нагрузкой s_i = 1 кг/см² (первый этап). Последующее уплотнение (второй этап) производят под нагрузкой s_i = 2 кг/см².

4.93. При испытаниях измеряют протекающие во времени осадки штампа и максимальную глубину оттаивания грунта под штампом. Данные измерений записывают в журнал (табл. 30 и 31).

Таблица 30 (Форма)

Данные наблюдения за осадкой штампа в процессе оттаивания и уплотнения грунта

№ опыта	Дата испытания	Давление на штамп по шкале манометра гидравлического домкрата в кг/см²	Давление на грунт es_i, кг/см²	Время нагружения штампа в ч-мин	Отсчеты по индикаторам			Средняя глубина оттаивания грунта под штампом Н_от, см	Осадка штампа
					Отсчеты по индикаторам				абсолютная S, см	относительная
					I	II	средний		абсолютная S, см	относительная

Таблица 31 (Форма)

Наблюдения за температурой грунта под штампом

Глубина заложения электротермометров сопротивления в см
10		20		30		40		50
Время	°С	Время	°С	Время	°С	Время	°С	Время	°С

4.94. Осадки грунта измеряют индикаторами или самописцами, а глубину оттаивания грунта определяют щупами через каждый час и контролируют термометрическими измерениями (см. п. 4.80).

Глубину оттаивания грунта под серединой штампа определяют графически, экстраполируя измеренные щупом (минимум в пяти точках) глубины протаивания.

4.95. При каждой ступени нагрузки испытание проводят до условной стабилизации осадки, что устанавливают периодическим наблюдением за процессом уплотнения. Измерения деформации производят по показаниям индикаторов через 1; 5; 10; 20 и 60 мин от начала опыта и далее через каждый час до установления стабилизации.

4.96. За критерии стабилизации осадки штампа принимают условие, когда приращение осадки штампа в течение трех последних (часовых) отсчетов не превышает 0,1 мм для крупнообломочных и песчаных грунтов и 0,05 мм для глинистых грунтов.

4.97. По окончании каждого опыта вертикальные штанги и штамп демонтируют, из зоны оттаивания удаляют оттаявший слой грунта, зарисовывают вид оттаявшей зоны и замеряют ее глубину и диаметр. Затем описывают криогенную текстуру пород и характер их залегания в опробованном слое.

4.98. После завершения опробования одного слоя опыт повторяют на следующем слое. Оттаявший грунт удаляют из шурфа и на 5-10 см зачищают мерзлую поверхность забоя.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОТТАИВАНИЯ И СЖИМАЕМОСТИ ОТТАИВАЮЩЕГО МЕРЗЛОГО ГРУНТА

4.99. Для каждого опробованного слоя по опытным значениям осадки штампа S и глубины оттаивания грунта Н_от определяют величину относительного сжатия , которую записывают в журнал (табл. 30).

4.100. По результатам, представленным в табл. 30, строят графики изменения осадки штампа S во времени t, по которым судят о стабилизации осадки и графики зависимости величины относительного сжатия оттаивающего грунта S_i от уплотняющего давления s_i.

4.101. Для каждого опробованного слоя по графикам зависимости относительного сжатия S_i от давления s_i определяют коэффициент оттаивания грунта А_i и коэффициент сжимаемости a_i оттаивающего под нагрузкой грунта.

Таблица 32

№ опыта	Глубина заложения оттаивающего слоя h, см	Грунт	Объемный вес мерзлого грунта , г/см³	Суммарная влажность мерзлого грунта W_c, дол. Ед.	Давление σ_i, кг/см³	Коэффициенты оттаивания
№ опыта	Глубина заложения оттаивающего слоя h, см	Грунт	Объемный вес мерзлого грунта , г/см³	Суммарная влажность мерзлого грунта W_c, дол. Ед.	Давление σ_i, кг/см³	А_i	а_i, см²/кг

Результаты определений записывают и журнал (табл. 32).

4.102. Коэффициент оттаивания А_i - выражается зависимостью , где S₀ - осадка без нагрузки, определяемая на первом этапе испытания, а Н_от - глубина оттаявшего слоя. На графике зависимости коэффициент А_i соответствует начальной ординате графика.

4.103. Коэффициент сжимаемости грунта а_i, выражается зависимостью:

(57)

где δ₀ и δ₁ - относительное сжатие соответственно при первом этапе испытания без нагрузки и при втором этапе испытания под нагрузкой;

σ₀ и σ₁ - нагрузка соответственно от веса штампа с колонной штанг на первом этапе испытания и от уплотняющего давления на втором этапе испытаний.

4.104. Для крупнообломочных грунтов коэффициенты а_i, и А_i - выражаются зависимостями:

и (57 а)

где δ₁ и δ₂ - относительное сжатие под первой и второй нагрузками;

σ_iи σ₂ - величины уплотняющих давлений.

На графике зависимости коэффициент а_i определяется как тангенс угла наклона прямой, соединяющей экспериментальные точки, а А₁ - как отрезок на оси ординат, отсекаемый этой прямой.

ЛАБОРАТОРНЫЙ МЕТОД

ПРИБОРЫ

4.105. Для лабораторного определения коэффициентов сжимаемости оттаивающих грунтов применяют компрессионную установку, состоящую из рычажного пресса, одометра, нагревательной и измерительной аппаратуры. Общая схема установки представлена на рис. 16, а.

4.106. Одометр для испытания мерзлого грунта изготовляют из материала низкой теплопроводности (оргстекла, эбонита, текстолита), чтобы обеспечивалось оттаивание образца грунта только сверху. Оттаивание осуществляют с помощью теплого штампа, устанавливаемого на образец мерзлого грунта (рис. 16, б), или путем естественного оттаивания при комнатной температуре под обычным штампом.

Рис. 16. Схема прибора для определения сжимаемости мерзлого грунта при оттаивании

а - общая установка: б - одометр;
1 - станина; 2 - одометр (основание и направляющий цилиндр); 3 - рабочее кольцо с образцом грунта: 4 - штамп; 5 - рычажный пресс; 6 - ультратермостат; 7 - индикаторы

4.107. Одометр, используемый при определении сжимаемости оттаивающего грунта, состоит из трех основных частей: корпуса, рабочего кольца и штампа. Корпус одометра сборный - состоит из основания с перфорированным дном и направляющего цилиндра, изготовленных из оргстекла. Толщина стенок должна составлять не менее 5-7 см. Рабочее кольцо (из оргстекла) имеет толщину стенок 5-6 мм, оно должно плотно, без зазора, входить в корпус одометра.

Штамп - полый цилиндр высотой 6-7 см, изготовляют из меди или нержавеющей стали. Дно штампа двойное: верхнее - сплошное, а нижнее (на расстоянии 1,5-2 см) -перфорированное с отверстиями не более 1 мм, через которые отводится вода из оттаивающего грунта. Сверху штамп наглухо закрывают крышкой, на которой укреплены шток по центру и два штуцера для подачи и отвода теплой воды, которая во время опыта циркулирует в верхней полости штампа. На внешней цилиндрической поверхности штампа внизу имеются отверстия диаметром 1 мм, а по всей высоте узкие вертикальные бороздки, обеспечивающие отвод воды, поступающей из образца в нижнюю полость штампа. При естественном оттаивании образца мерзлого грунта за счет теплообмена с окружающим воздухом используют обычный перфорированный штамп из теплопроводного материала (латунь, медь).

4.108. Для определения осадки мерзлых грунтов при оттаивании размеры рабочего кольца выбирают в зависимости от состава и однородности грунта. Рекомендуется пользоваться кольцами высотой от 3 до 6 см с внутренними диаметрами 8,74; 11,3 и 16 см, что позволяет испытывать образцы грунта площадью соответственно 60, 100 и 200 см².

4.109. Для обеспечения равномерности оттаивания образца мерзлого грунта в одометре рекомендуется пользоваться ультратермостатом, с помощью которого в штампе поддерживают заданную температуру воды. Удобен ультратермостат марки ТС-16-А. Ультратермостат присоединяют к штуцерам штампа с помощью резиновых шлангов. При отсутствии ультратермостата вода в штамп может поступать из любого большого сосуда (бака, ведра), в котором поддерживают заданную температуру.

4.110. Температуру воды в штампе принимают согласно заданию в соответствии с режимом оттаивания грунтов под сооружением. Если температура, при которой должно производиться оттаивание образца мерзлого грунта, не регламентирована заданием, то опыт рекомендуется проводить при температуре +20° С.

4.111. Осадку при оттаивании и уплотнении образца мерзлого грунта под заданными нагрузками намеряют с помощью индикаторов часового типа с точностью до 0,01 мм.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИИ

4.112. Перед началом опыта производят проверку компрессионной установки: уравновешивают рычаг с помощью противовеса подготавливают индикаторы, гири, ультратермостат; проверяют штамп на герметичность; на штоке штампа укрепляют держатель индикаторов.

4.113. Испытание по определению осадки оттаивающего грунта предпочтительно проводить при отрицательной температуре воздуха. Допускается вести испытание и при обычной температуре. Однако в таком случае вся подготовительная работа (перемещение: образца грунта в рабочее кольцо, взвешивание его и сборка одометра) обязательно осуществляется при отрицательной температуре воздуха, после чего прибор переносят в теплое помещение, где будет производиться испытание.

4.114. Перед установкой образца одометр и штамп охлаждают до возможно низкой отрицательной температуры. Затем подготовленный в соответствии с указаниями пп. 4.2-4.15 образец мерзлого грунта помещают в одометр (грунт с торцов должен быть покрыт бумажными фильтрами). На образец устанавливают штамп с закрепленными на нем индикаторами; прибор в собранном виде устанавливают на станину и производят обжатие образца (см. п. 4.21).

4.115. К штампу присоединяют шланги от ультратермостата, записывают начальные показания индикаторов, прикладывают нагрузку, при которой будет производиться оттаивание, снова берут отсчеты по индикаторам и затем включают ультратермостат, фиксируя при этом время начала опыта. Перед началом опыта индикаторы целесообразно устанавливать на нуль.

4.116. Отсчеты по индикаторам при определении осадки оттаивающего грунта производят через 1, 5, 10, 20, 30 мин от начала оттаивания и далее: через каждые 30 мин до стабилизации осадки. Осадку оттаивания считают законченной, если при двух последних отсчетах изменение показаний индикаторов не превышает 0,01 мм. Результаты опыта записывают в журнал (табл. 33).

Таблица 33 (Форма)

Данные наблюдений осадки мерзлых грунтов в процессе оттаивания при компрессионных испытаниях

№ опыта	Дата испытания	Нагрузка на подвеске рычага р, кг	Давление на грунт s_i, кг/см²	Время отсчета t, ч-мин	Показание индикаторов (мессур)		Осадка грунта в приборе S, см			Поправка на деформацию прибора в см	Стабилизированная осадка грунта с учетом поправки на деформацию прибора S, см
					Показание индикаторов (мессур)		по индикаторам		средняя
					1	2	1	2	средняя

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТТАИВАНИЯ И СЖИМАЕМОСТИ ОТТАИВАЮЩИХ ГРУНТОВ

4.117. Оттаивание мерзлого грунта под нагрузкой сопровождается резким изменением его пористости. Для оттаивающего вечномерзлого грунта его относительное сжатие d₁ определяют по формуле (56).

4.118. Коэффициент А₁ представляет собой параметр, характеризующий деформацию грунта вследствие оттаивания, не зависящую от нормального давления. Его значение численно равно начальной ординате спрямленного графика зависимости d₁ от s_i при d_i = 0, которым заменяют кривую d₁ = f(s_i) (рис. 17). Таким образом, величину А_i рассматривают как параметр линейной зависимости сжатия грунта при его оттаивании под нагрузкой.

Рис. 17. Зависимость относительного сжатия d_i от давления s_i

Практически оттаивание ведут при небольшой нагрузке, обеспечивающей сжатие грунта только за счет вытаивания ледяных включений и смыкания образующихся при этом полостей. Поэтому принимается; что величина А_i соответствует сжатию слоя грунта под действием собственного веса. Поскольку толщина слоев h_i принимается небольшой, то давление от веса вышележащего грунта обычно не превышает 0,1 кг/см².

4.119. Коэффициент сжимаемости а_i представляет собой угловой коэффициент спрямленной опытной зависимости d_i от s_i или тангенс угла наклона прямой. Опыт показывает, что в большинстве случаев линейная зависимость d_i от s_i допустима при изменении s_i: для песков - от 0 до 4-5 кг/см², для глинистых грунтов - от 0 до 2-4 кг/см².

4.120. Определение коэффициентов А_i и а_i производят по результатам испытаний нескольких образцов, оттаивающих под разными нагрузками (первый способ) или по результатам испытания одного образца (второй способ). Второй способ используют для определения приближенных значений коэффициентов А_i и а_i, когда отсутствует необходимое количество идентичных образцов грунта.

4.121. При первом способе определяют величину осадки при оттаивании S для нескольких идентичных образцов мерзлого грунта, каждый из которых оттаивает под определенной нагрузкой s_i. Для каждого испытания вычисляют относительное сжатие , соответствующее каждой нагрузке. Результаты испытаний записывают в журнал (табл. 34).

Таблица 34 (Форма)

Результаты определений сжимаемости оттаивающих грунтов

№ опыта	Грунт	Объемный вес мерзлого грунта , г/см³	Влажность мерзлого грунта W_с, дол.ед.	Давление s_i, кг/см²	Осадка грунта S, см	Относительное сжатие d_i, дол. ед.	Коэффициент оттаивания, А_i	Коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта а_i, см²/кг	Примечание

Учитывая неоднородность мерзлых грунтов, определение осадки при оттаивании рекомендуется проводить с трехкратной повторностью при трех-четырех значениях давления: для глинистых грунтов - при давлениях 0,1; 0,5; 1; 3 кг/см²; для песчаных грунтов - при 0,1; 1; 3; 5 кг/см².

Для определения значении коэффициентов А_i и а_i этим способом необходимо иметь не менее девяти идентичных образцов мерзлого грунта.

По полученным в каждом отдельном опыте величинам вычисляют среднеквадратичные значения параметров и по формулам (58) и (59):

(58)

(59)

где d_i_,_j - относительное сжатие мерзлого грунта, оттаивающего при давлении s_i,j;

п - число опытов;

j - порядковый номер опыта от 1 до п.

Осреднение опытных данных при определении и может быть произведено также графически (см. рис. 17).

На графике зависимости d_i от s_i коэффициент соответствует отрезку на оси ординат, отсекаемому прямой; коэффициент - тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс.

4.122. При втором способе значения A_i и a_i определяются из испытания одного образца - сначала определяют осадку образца мерзлого грунта, оттаивающего под нагрузкой 0,1 кг/см², и приближенно принимают, что

(60)

т. е. приведенный коэффициент оттаивания A_i принимают равным величине относительного сжатия мерзлого грунта d_0,1, оттаивающего под нагрузкой 0,1 кг/см², или изменению коэффициента пористости De. Затем к оттаявшему образцу грунта прикладывают нагрузку, равную 1 кг/см², определяют осадку (в стабилизированном состоянии) и рассчитывают относительное сжатие коэффициент уплотнения при оттаивании определяют из условия

(61)

где d₁ - относительное сжатие грунта, оттаивающего под нагрузкой 0,1 кг/см² и уплотненного нагрузкой, равной 1 кг/см².

4.123. Определение коэффициентов A_i и a_i вторым способом рекомендуется проводить не менее чем с трехкратной повторностью (на трех и более идентичных образцах мерзлого грунта). Средние значения A_i и a_i вычисляют как среднее арифметическое из всех определений.

4.124. Для предварительных расчетов величину относительного сжатия d_i вечномерзлого песчаного грунта, оттаивающего в процессе эксплуатации, допускается определять по формуле

(61а)

где - объемный вес скелета оттаявшего песчаного грунта после уплотнения его под нагрузкой определяется опытным путем, а для ориентировочных подсчетов конечных осадок принимается равным объемному весу скелета воздушно-сухого грунта при максимальной его плотности в кг/см³ (по образцам нарушенной структуры);

- объемный вес скелета мерзлого грунта, кг/см³, определяется на образцах природного сложения.

СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ НОРМАЛЬНОМУ ДАВЛЕНИЮ

4.125. Важной характеристикой мерзлых грунтов, используемых в качестве оснований зданий и сооружений, является сопротивление грунта нормальному давлению. Предельно длительное значение этого сопротивления принимают за нормативную величину сопротивления грунта нормальному давлению R^н и используют для оценки несущей способности мерзлых грунтовых оснований.

4.126. Значение нормативного сопротивления грунта нормальному давлению R^н определяется для основных разновидностей грунтов по табл. 6 главы СНиП II-Б.6-66. Для ряда видов грунтов - сильнольдистых, засоленных, заторфованных и др., а также для корректировки и уточнения приведенных в главе СНиП значений рекомендуется R^н определять экспериментальным путем.

4.127. Основным методом определения нормативного сопротивления мерзлых грунтов нормальному давлению R^н является метод испытания грунтов статическими нагрузками (испытание штампом). Испытание мерзлого грунта штампом трудоемко, так как связано с сохранением в течение длительного времени отрицательной температуры грунта и окружающего воздуха. Испытания по этому методу проводят, как правило, в особых случаях и по специальной программе.

4.128. Нормативное сопротивление мерзлого грунта нормальному давлению R^н определяют также в лабораторных условиях по результатам испытания образцов мерзлого грунта на сдвиг, трехосное и одноосное сжатие. Все эти испытания производят в условиях ползучести при постоянно действующих нагрузках.

4.129. Методика испытания мерзлого грунта на сдвиг описывается в пп. 4.184-4.232.

Испытания мерзлых грунтов на трехосное сжатие ввиду трудоемкости эксперимента применяют для мерзлых грунтов в случаях, специально предусмотренных заданием. Такие испытания проводят при проектировании особо ответственных сооружений, а также в тех случаях, когда грунт работает в условиях, при которых существенно сказывается влияние всестороннего давления - глубокозаложенные подземные выработки и сооружения, основания тяжелонагруженных фундаментов большого размера в плане и др.

Испытания мерзлого грунта на одноосное сжатие проводят только с глинистыми грунтами. Они заключаются в испытаниях при постоянно действующем напряжении серии однородных и однотипных образцов под разными нагрузками.

4.130. При определении нормативного сопротивления R^н можно пользоваться также характеристиками эквивалентного сцепления с_экв и сопротивления грунта сжатию s_сж, полученными из испытаний образцов мерзлого грунта упрощенными экспресс-методами:

методом испытания грунта шариковым штампом (метод Цытовича);

методой испытания грунта на одноосное сжатие в условиях непрерывно меняющегося напряжения (метод Вялова).

4.131. Метод испытания шариковым штампом применяют для всех разновидностей мерзлых грунтов с массивной, мелкосетчатой и тонкослоистой криогенной текстурой, за исключением крупнообломочных грунтов и крупного песка. Метод испытания на одноосное сжатие в условиях меняющегося напряжения используют для всех видов песчаных и глинистых мерзлых грунтов, за исключением глин со слоистой криогенной текстурой при толщине ледяных включений более 2 см.

4.132. Значение нормативного сопротивления мерзлого грунта нормальному давлению R^н по данным испытания образцов грунта шариковым штампом определяют по формуле*

(62)

где - нормативное значение эквивалентного сцепления в кг/см²;

- пригрузка в кг;

- объемный вес мерзлого грунта в кг/см³;

Н - глубина заложения фундамента в см.

* Формулы (62) и (63) справедливы для оснований под фундаменты круглого и квадратного сечения.

4.133. Значение нормативного сопротивления мерзлого грунта нормальному давлению R^н по данным испытания образцов грунта на одноосное сжатие в условиях уменьшающегося напряжения определяют по формуле

(63)

где - нормативное значение предельно длительного сопротивления грунта одноосному сжатию.

ИСПЫТАНИЕ ШАРИКОВЫМ ШТАМПОМ

4.134. Сущность метода испытания образцов грунта шариковым штампом заключается в определении деформаций ползучести грунта при длительном вдавливании в него под постоянной нагрузкой шарикового штампа. По полученным значениям деформаций образца грунта вычисляют эквивалентное сцепление с_экв и фиксируют его изменение во времени.

Эквивалентное сцепление с_экв является комплексной характеристикой мерзлого грунта, учитывающей как его сцепление с, так н внутреннее трение j (при j £ 20°).

4.135. Значение эквивалентного сцепления с_экв для каждого момента времени определяют по величине погружения в грунт шарикового штампа при действии постоянной нагрузки и рассчитывают по формуле

(64)

где Р - нагрузка, передаваемая на штамп, в кг;

d_ш - диаметр шарикового штампа в см;

S_ш - деформация грунта под штампом, или глубина погружения штампа, в см.

В приведенной формуле (64) деформация грунта под штампом является переменной во времени величиной, зависящей от продолжительности действия нагрузки. В связи с этим различают наибольшее, или условно-мгновенное, эквивалентное сцепление мерзлого грунта с_{экв.мгн}, определяемое для десятисекундного момента времени от начала испытания, и наименьшее, или предельно длительное, эквивалентное сцепление с_экв.дл, определяемое за время, в которое наступает стабилизация деформации образца под штампом.

ПРИБОРЫ

4.136. Определение эквивалентного сцепления мерзлых грунтов рекомендуется производить на шариковых приборах. Схематическое изображение одного из них представлено на рис. 18. Шариковые приборы состоят из следующих основных частей: опорной плиты, являющейся основанием прибора и служащей подставкой для испытуемого образца грунта; консоли с установленными на пей грузовой площадкой, измерительным прибором, шариковым штампом и направляющей стойки, на которой крепится консоль н осуществляется ее фиксация в рабочем положении. Каждый шариковый прибор имеет набор штампов разного диаметра.

Рис. 18. Схема шарикового прибора (конструкция НИС «Гидропроекта»)
1 - опорная плита (основание); 2 - консоль; 3 - направляющий стержень (стойка); 4 - зубчатая рейка; 5 - нивелировочный винт; 6 - индикатор; 7 - зажимной винт индикатора; 8 - грузовая площадка; 9 - шариковый штамп; 10 - стопорный винт штампа

4.137. Для определения эквивалентного сцепления мерзлого грунта могут быть рекомендованы одноштоковые и многоштоковые шариковые приборы (рис. 19 и 20), Одноштоковые приборы отличаются простотой конструкции, небольшим весом и малыми габаритами. Преимущество многоштоковых приборов заключается в возможности одновременного проведения измерений в нескольких (по числу штоков) точках испытуемого образца, что повышает точность определяемых характеристик и сокращает сроки испытаний.

Рис. 19. Рычажный одноштоковый шариковый прибор конструкции Цытовича - Файнциммера

Рис. 20 Трехштоковый шариковый прибор конструкции НИС «Гидропроекта»

4.138. При испытании мерзлого грунта с криогенной текстурой, указанной в п. 4.131, применяют шариковые штампы диаметром 22 мм.

При испытании мерзлого грунта с более крупными включениями льда используют штампы больших размеров, при этом диаметр отпечатка шарика должен быть не менее чем в 10 раз больше самых крупных видимых отдельностей льда.

Для предохранения мерзлого образца грунта при испытании от воздействия колебаний температуры в помещении и выветривания шариковые приборы рекомендуется располагать либо в специально вырытой в толще вечномерзлых грунтов нише с застекленной рамой, если испытание ведется в полевых условиях, либо накрывать прибор защитным колпаком (коробом) из органического стекла, если испытание ведется в холодильной камере. При этом образец грунта на время испытания рекомендуется накрывать бумажным кружком из глянцевой или парафинированной бумаги, соответствующим по размеру внутреннему диаметру кольца пробобрателя. Бумажный кружок должен иметь отверстия, через которые свободно может проходить штамп прибора. Чтобы уменьшить испарение с поверхности мерзлого образца, вокруг прибора укладывают кусочки льда.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.139. Испытание образца грунта шариковым штампом выполняют при одной постоянной в течение всего опыта нагрузке. Величину нормальной нагрузки устанавливают исходя из следующих рекомендаций. При испытании шариковым штампом диаметром в 22 мм назначают следующие нагрузки: на глинистый мерзлым грунт в пластичномерзлом состоянии 2-3 кг; на песчаный грунт в пластичномерзлом состоянии и глинистый грунт в твердомерзлом состоянии 4-5 кг.

4.140. При испытании мерзлого грунта с крупными включениями льда (см. п. 4.138) величину нагрузки устанавливают опытным путем. Определение величины нагрузки производят на основании данных, полученных из серии кратковременных испытаний; продолжительность опыта принимают равной 15 мин при условии, что граничное погружение штампа за это время удовлетворяет требованию 0,005d < S₁₅<0,05d,

где S₁₅- деформация мерзлого грунта под штампом за 15 мин от начала опыта;

d - диаметр шарикового штампа.

4.141. Перед каждым испытанием проверяют готовность прибора к работе: прибор устанавливают в горизонтальном положении (см. п. 4.19), тарируют (см. п. 4.20), устанавливают индикаторы, подбирают нагрузку (см. пп. 4.139 и 4.140), проверяют подвижность штоков и уравновешивают их (см. п. 4.142).

4.142. Уравновешивание одноштокового шарикового прибора осуществляется либо с помощью противовесов (в рычажном приборе), либо путем подбора тарировочной пружины.

Загрузку многоштокового прибора производят при неуравновешенном штоке и штампе. Собственный вес штока и штампа включают в общий вес, т. е. учитывают при определении общей величины нагрузки.

4.143. На опорную плиту прибора (см. рис. 18) устанавливают подготовленный в соответствии с указаниями пп. 4.4-4.13 образец грунта, выдержанный при определенной температуре (п. 4.14), и обжимают его плоским штампом в соответствии с требованиями п. 4.21. Затем шариковый штамп доводят до поверхности грунта, следя за отклонением стрелки индикатора на 1-2 деления, и закрепляют стопорным винтом; с помощью поворота шкалы индикатор устанавливают в «нулевое положение» и загружают грузовую площадку подготовленными гирями, вес которых назначают в зависимости от требований пп. 4.139, 4.140. Передачу нагрузки на образец мерзлого грунта осуществляют путем ослабления стопорного винта штампа. С момента начала загружения штампа включают секундомер и берут отсчеты по индикатору, записывая их в журнал (табл. 35).

Таблица 35 (Форма)

Данные наблюдений при испытании мерзлого грунта шариковым штампом

Дата	Время взятия отсчета		Время от начала опыта	Показания индикатора	Деформация грунта (осадка) S_ш, мм	Сцепление грунта с_экв, кг/см²	Температура испытаний q, °С	Примечание
Дата	ч	мин	Время от начала опыта	Показания индикатора	Деформация грунта (осадка) S_ш, мм	Сцепление грунта с_экв, кг/см²	Температура испытаний q, °С	Примечание

4.144. Отсчеты по индикатору производят через следующие промежутки времени от начала опыта: 1, 5, 10, 20, 30 мин (по секундомеру), а затем через 1, 2, 3, 4, 6, 8 ч и далее один раз в сутки до полной стабилизации деформации. Критерием стабилизации деформации служит ее приращение, которое не должно превышать 0,01 мм за два следующих друг за другом интервала времени продолжительностью 24 ч каждый.

4.145. Испытание образца мерзлого грунта шариковым штампом допускается производить также ускоренно; в этом случае опыт продолжается 8 ч, считая от начала нагружения.

4.146. Штампы многоштокового шарикового прибора загружают последовательно с интервалами 10 мин. Дальнейшая процедура испытания выполняется в соответствии с программой испытания образца на одноштоковом шариковом приборе (п. 4.144).

4.147. Испытание образца мерзлого грунта производят минимум с тройной повторностью, при этом расстояние между центрами погружения шарикового штампа должно быть на 25% больше диаметра штампа (l,25d).

4.148. Во время проведения испытания ведут наблюдение за деформацией образца грунта и температурой окружающего воздуха. Температуру воздуха определяют по данным автоматической записи термографом или путем разовых отсчетов по психрометрическому термометру, устанавливаемому рядом с прибором. При этом ртутный резервуар термометра должен располагаться на уровне верхнего основания образца. Данные измерений записывают в журнал (табл. 35).

4.149. После стабилизации деформации образца грунта под шариковым штампом опыт считают законченным и производят разгрузку прибора: образец грунта извлекают из кольца, взвешивают на технических весах, установленных в том же помещении, а затем высушивают в сушильном шкафу до постоянного веса.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ДЛИТЕЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОГО СЦЕПЛЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

4.150. Величину эквивалентного сцепления с_экв мерзлого грунта определяют по результатам испытаний грунта шариковым штампом. Величину сцепления с_экв рассчитывают по формуле (64) с точностью до 0,01 кг/см². Результаты вычислений записывают в журнал (табл. 35).

4.151. По полученным значениям эквивалентного сцепления с_экв мерзлого грунта строят кривую зависимости сцепления от времени t, т. е. кривую длительной прочности, по которой затем определяют величины мгновенного с_{экв.мгн} и предельно длительного сцепления с_экв.дл. Величина мгновенного сцепления с_{экв.мгн} соответствует ординате для момента времени, равного 10 сек после начала загружения, а величина предельно длительного сцепления с_экв.дл - ординате, соответствующей времени, при котором происходит стабилизация деформации (рис. 21). Результаты определения величины предельно длительного эквивалентного сцепления записывают в журнал (табл.36).

Рис. 21. Изменение во времени сопротивления мерзлого грунта вдавливанию шарикового штампа

Таблица 36 (Форма)

Результаты определения эквивалентного сцепления мерзлого грунта

№ опыта	Грунт	Объемный вес мерзлого грунта , г/см³	Влажность мерзлого грунта W_с, %	Величина эквивалентного сцепления грунта с_экв.дл	Нормативное значение эквивалентного сцепления грунта	Нормативное сопротивление мерзлого грунта нормальному давлению R^н, кг/см²	Примечание

4.152. Величину предельно длительного эквивалентного сцепления по результатам кратковременных (8-часовых) испытаний образца определяют из выражения

с_экв.дл = 0,8·с_экв.8 (65)

где с_экв.8 - эквивалентное сцепление, рассчитанное по деформации образца грунта под штампом, полученной через 8 ч после загрузки прибора.

4.153. Нормативную величину длительного сцепления мерзлого грунта определяют как среднее значение из нескольких (минимум трех) повторных определений. Результаты определений записывают в журнал (табл. 36).

ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ В УСЛОВИЯХ НЕПРЕРЫВНО МЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ

4.154. Способ испытания образца мерзлого грунта на одноосное сжатие при непрерывно изменяющемся напряжении сводится к определению минимального значения напряжения, устанавливающегося в образце мерзлого грунта при длительном воздействии на пего уменьшающейся во времени сжимающей нагрузки. Эта нагрузка создается предварительно сжатым динамометром. Испытание образца грунта сопровождается развитием деформации ползучести, в результате чего происходит разжатие динамометра и уменьшение передаваемого им напряжения. В опыте этот процесс продолжают до стабилизации деформации.

4.155. Достижение стабилизации деформации образца грунта соответствует наступлению равновесного состояния между нагрузкой, передаваемой динамометром, и внутренними силами сопротивления грунта. Если начальное напряжение задают близким к условно-мгновенному сопротивлению грунта сжатию s_сж.мгн, то конечное напряжение, при котором достигается стабилизация деформации, соответствует предельно длительной прочности грунта три сжатии.

4.156. По результатам испытания двух образцов (не считая повторности) методом одноосного сжатия при непрерывно уменьшающемся напряжении s_сж определяют значение предельно длительной прочности при сжатии s_сж.дл.

ПРИБОРЫ

4.157. Для испытаний используют динамометрический прибор конструкции Вялова - Ермакова (рис. 22). Прибор состоит из следующих основных узлов: нагрузочного устройства, образцового динамометра с индикатором для измерения деформаций динамометра, а также индикатора для измерения деформаций образца грунта и станины.

Рис. 22. Схема динамометрического прибора
1 - образец; 2 - индикатор для замера деформаций образца; 3 - пуансон; 4 - образцовый динамометр; 5 - индикатор для замера деформаций динамометра; 6 - сферический шарнир; 7 - станина; 8 - вороток; 9 - нагрузочный винт; 10 - расточка опорной плиты; 11 - расточка штампа; 12 - опорная плита; 13 - стол

4.158. Нагрузочное устройство состоит из винта и воротка. Образцовый динамометр с усилием от 0,2 до 5 т служит для передачи нагрузки на образец грунта. Деформацию динамометра измеряют индикатором с ценой деления 0,01 мм, а деформацию образца грунта - индикатором с ценой деления 0,01-0,02 мм. Прибор смонтирован на столе, ножки которого снабжены винтами для установки в горизонтальном положении. Загрузку образца осуществляют вращением нагрузочного винта воротом. Усилие от нагрузочного винта передается через сферический шарнир на динамометр и далее через пуансон на образец мерзлого грунта.

4.159. Для обеспечения центрировки образца в опорной плите прибора имеется специальная цилиндрическая расточка, центр которой строго совпадает с вертикальной осью прибора. Штамп (пуансон), с помощью которого передают нагрузку на образец грунта, также снабжен аналогичной расточкой (по размеру равной диаметру образца); пуансон помещен в специальную направляющую обойму, которая строго центрирована относительно оси прибора; динамометр устанавливается между пуансоном и загрузочным винтом, причем сочленение между загрузочным винтом и динамометром выполнено в виде сферического шарнира.

4.160. Прибор рассчитан на испытание образца цилиндрической формы диаметром 45,2 мм при высоте 100 мм. Наибольшее сжимающее усилие составляет 3000 кг.

4.161. Деформацию динамометра l¢ в мм для любого момента времени определяют но разности между начальным его сжатием l¢₀ и разжатием l¢(t), зависящим от продолжительности испытания: при натяжении в динамометре возникает начальная деформация сжатия l¢₀(рис. 23, а), а в процессе испытания динамометр постепенно разжимается на величину l¢(t). Эту деформацию измеряют индикатором. Таким образом, общую деформацию динамометра для заданного момента времени определяют из выражения

l¢ = l¢₀- l¢(t) (66)

По мере разжатия динамометра его деформация l¢(t) уменьшаясь, достигает конечной величины l¢_к, соответствующей стабилизованному состоянию.

Рис. 23. Развитие деформации во времени при испытаниях на динамометрическом приборе
а - динамометра; б - образца

4.162. Деформацию образца грунта l" определяют непосредственно по показаниям индикатора. Деформация образца грунта состоит из начальной деформации l"₀ и деформации, развивающейся во времени, l"(t). Последнюю вычисляют по формуле

l"(t) = l" - l"₀ (67)

4.163. Значение нагрузки, передаваемой динамометром на образец, определяют по тарировочному графику или вычисляют по формуле

Р = К_дl¢, (68)

где К_д- коэффициент жесткости динамометра, определяемый по данным тарировки, в кг/мм;

l¢ - деформация динамометра, определяемая из выражения (66), в мм.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.164. Предварительно, до определения предельно длительной прочности образца мерзлого грунта на сжатие s_сж.дл, проводят испытание образца грунта при быстром приложении возрастающей нагрузки, в результате чего устанавливают условно-мгновенное, максимальное сопротивление образца данного грунта сжатию под нагрузкой Р_мгн. Затем с идентичным образцом грунта проводят основной опыт по определению значения предельно длительной прочности s_сж.дл. Начальную нагрузку в этом опыте задают близкой (несколько меньшей) к значению Р_мгн.

4.165. Испытание проводят в помещении с отрицательной температурой, соответствующей заданной. Подготовленный образец мерзлого грунта, предварительно выдержанный при температуре испытания, устанавливают в прибор. Загрузочный винт должен плотно соприкасаться с динамометром, для этого медленно подкручивают винт так, чтобы стрелка индикатора, слегка отклонившись, снова вернулась к нулю. После установки образец не менее 1 ч выдерживают в приборе при заданной температуре.

4.166. Испытание при быстром воздействии нагрузки проводят в такой последовательности: вращением воротка образцу передают непрерывно и равномерно возрастающую нагрузку. Опыт продолжают в течение 20-30 сек и заканчивают его либо при разрушении образца, либо при значении осевой деформации образца грунта, равной 20% начальной высоты, т. е. когда l" = 0,2h мм. В конце опыта определяют деформацию динамометра l¢, соответствующую разрушению образца или его деформации l" = 0,2h.

4.167. Значение нагрузки, при которой произошло разрушение образца или была достигнута деформация образца грунта l" = 0,2h, соответствует условно-мгновенной, максимальной разрушающей нагрузке Р_сж.мгн. Эту нагрузку определяют непосредственно по тарировочному графику данного динамометра или согласно выражению (68).

4.168. Перед проведением основного опыта для определения предельно длительной прочности s_сж.дл производят обжатие образца при нагрузке, соответствующей 0,25Р_мгн. Для этого задают натяжение динамометра, определяемое из выражения

Под обжимающей нагрузкой образец выдерживают в течение 2 мин, после чего производят разгрузку, и образец в течение 2 ч выдерживают в приборе при температуре испытания.

4.169. Основной опыт, служащий для определения предельно длительной прочности на сжатие s_сж.дл проводят при начальной нагрузке Р_н = 0,75 Р_мгн.

4.170. Загружение образца грунта осуществляется плавно, но достаточно быстро, в течение 10-15 сек. В процессе загружения следят, чтобы в образце грунта не появились трещины, а при последующих испытаниях не происходили перекосы. При возникновении трещин и перекосов опыт проводят сначала.

4.171. После приложения начальной нагрузки Р_н положение динамометра закрепляют с помощью натяжного устройства и сразу регистрируют показания индикаторов, служащие для определений начальных деформации образца l"₀ и l¢₀ динамометра.

В процессе дальнейшего испытания ведут наблюдения за изменяющимися во времени деформациями образца и динамометра. Показания индикаторов регистрируют сначала через 20-30 сек, затем через 1, 5, 10, 20, 40 мни, далее через 3, 5, 8, 12 и 24 ч от начала опыта и, наконец, через каждые сутки. Результаты наблюдений записывают в журнал (табл. 37).

Таблица 37 (Форма)

Данные наблюдений при испытании мерзлого грунта на одноосное сжатие в динамометрической установке

Номер динамометра					Начальная нагрузка Р_н, кг
Коэффициент жесткости динамометра К_д, кг/см					Начальная деформация образца l"₀, мм
Начальная деформация динамометра l¢₀, мм					Начальная деформация образца l"₀, мм

Дата	Время взятия отсчета, t	Время от начала опыта, t	Показания индикаторов		Абсолютная деформация l, мм	Нагрузка Р, кг	Температура q, °С	Примечание
Дата	Время взятия отсчета, t	Время от начала опыта, t	динамометра	образца	Абсолютная деформация l, мм	Нагрузка Р, кг	Температура q, °С	Примечание

4.172. Опыт заканчивается, когда достигается стабилизация деформации. Стабилизацию деформации считают достигнутой, если приращение относительной деформации образца не превышает 0,5·10^-4 за сутки. В целях более точного определения s_сж.дл (если это специально предусмотрено заданием) принимают, что приращение деформации образца не должно превышать d = 0,25·10^-4 за пять суток. По результатам испытаний вычисляют в соответствии с формулой (66) абсолютную конечную деформацию l¢_к динамометра.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ДЛИТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА ОДНООСНОМУ СЖАТИЮ

4.173. Используя полученное значение деформации l¢_к, определяют конечную нагрузку Р_к в соответствии с п. 4.163, соответствующую стабилизированной деформации.

4.174. На основании полученных данных определяют значение предела длительной прочности образца грунта при сжатии s_сж.дл кг/см². Если динамометр обладает достаточно большой жесткостью, то s_сж.дл = s_к, где s_к - значение конечного напряжения, определяемое из выражения s_к = Р_к /F , при этом F - площадь образца после окончания опыта в см².

4.175. Жесткость динамометра, при которой справедливо выражение s_сж.дл = s_к, определяют по формуле

(69)

где - начальная деформация образца;

- конечная стабилизовавшаяся деформация образца в мм;

D - допускаемая погрешность, принимаемая равной 0,1.

4.176. В случае, если условие по формуле (69) не удовлетворяется, значение предельно длительной прочности при одноосном сжатии вычисляют по формуле

(70)

где l¢_к- конечная, стабилизовавшаяся деформация динамометра;

и - соответственно начальная и конечная деформации образца;

т - параметр, характеризующий нелинейность связи между напряжением и деформацией мерзлых грунтов и определяемый в соответствии с п. 4.177.

4.177. Параметр т, входящий в формулу (70), определяют из выражения

(71)

или из выражения

(72)

в которых и - суммарная начальная деформация динамометра и образца соответственно для первой Р_н(1) и второй Р_н(2) начальных нагрузок;

и - деформации динамометра в данный момент времени t_i соответственно для первой и второй начальных нагрузок (рис. 24,а);

Р_мгн- условно-мгновенное (максимальное) значение разрушающей нагрузки.

Рис. 24. Определение параметра т по данным испытании
а - при заданных начальных нагрузках Р_н(1) и Р_н(2); б, в - при непрерывно нарастающей нагрузке

4.178. Для получения исходных данных для расчета параметра т по формуле (71) дополнительно проводят испытание идентичного образца при другой начальной нагрузке Р_н(2), отличной от Р_н(1) (см. п. 4.169).

4.179. Начальную нагрузку в дополнительном опыте рекомендуется принимать равной: Р_н(2) = 0,5 Р_мгн или Р_н(2) = 0,6 Р_мгн.

Дополнительный опыт проводят по той же методике, что и основной (см. пп. 4.170-4.172).

4.180. По данным опытов для каждого значения начальной нагрузки Р_н(1) и Р_н(2) строят график в координатах деформация динамометра l¢ - время t (рис. 24, а) и по нему для произвольно выбранных моментов времени t_i определяют значения и . Подставляя эти данные в формулу (71), вычисляют значение т. Для контроля выполняют не менее трех таких определений для различных моментов времени t_i (различных точек графика). В качестве расчетной величины т принимают среднее ее значение.

4.181. Для расчета параметра т по формуле (72) во время испытания при быстром приложении нагрузки (пп. 4.166, 4.167) измеряют осевые деформации образца грунта и динамометра. Для этого прибор оборудуют самописцем. По данным опыта строят график в координатах ¸ нагрузка Р - деформация образца грунта l" (рис. 24,б). Затем график этот представляют в логарифмических координатах (рис. 24, в). Угол наклона полученной прямой к оси абсцисс определяет величину a = arctgm.

4.182. Используя полученное значение параметра т, вычисляют предельно-длительное значение сопротивления данного мерзлого грунта одноосному сжатию s_сж.дл по формуле (70).

4.183. Допускается величину предельно-длительного сопротивления мерзлого грунта одноосному сжатию определять также по результатам восьмичасовых испытаний. В этом случае в качестве конечной величины деформации и и нагрузки Р_к принимают значения этих характеристик, полученные через восемь часов от начала опыта. Обработку опытных данных проводят в соответствии с пп. 4.173-4.182. Предельно-длительное сопротивление s_сж.дл при динамометре достаточной жесткости* определяют из выражения:

s_сж.дл = s_сж.8·0,8 (73)

* В этом случае условие жесткости динамометра определяют выражением

где 0,8 - эмпирический коэффициент;

- начальная деформация образца;

- деформация образца через 8 ч после начала опыта;

D - допускаема погрешность, принимаемая равной 0,1.

Если не удовлетворяется условие жесткости динамометра (п. 4.175), то s_сж.дл определяют из выражения:

(74)

где s_сж.8 - сопротивление одноосному сжатию, рассчитанное по данным восьмичасовых испытаний;

0,8 - эмпирический коэффициент;

и - деформации динамометра и образца грунта по прошествии восьми часов после начала опыта.

Результаты определений записываются в журнал (табл.38).

Таблица 38 (Форма)

Результаты определения длительного сопротивления мерзлого грунта сжатию

Дата	Время и № опыта	Грунт	Объемный вес грунта , г/см³	Влажность грунта W_с, %	Сопротивление одноосному сжатию s_сж.дл	Нормативное сопротивление сжатию	Примечание

СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕРЗЛЫХ И ОТТАЯВШИХ ГРУНТОВ СДВИГУ

4.184. В соответствии с действующими в настоящее время СНиП для расчета несущей способности фундаментов и их оснований (используются характеристики сопротивления грунта сдвигу - сцепление с и угол внутреннего трения j.

4.185. Основными методами определения этих характеристик являются:

испытания на сдвиг при одновременном воздействиинормального напряжения;

испытания на трехосное сжатие под воздействием различных радиальных и осевых нагрузок.

Испытания на трехосное сжатие наиболее полно воспроизводят реальную работу грунта в массиве, т. е. в основании сооружения. Однако, вследствие значительной сложности трехосных испытаний, проведение их рекомендуется для особо ответственных случаев.

4.186. В настоящем Руководстве излагается общепринятый и широко используемый метод определения параметров прочности с и j из испытаний грунта на сдвиг при одновременном воздействии нормального напряжения. При таких испытаниях используют стандартные приборы, выпускаемые серийно.

4.187. Для определения сопротивления грунта сдвигу t используют связь между ним, нормальным напряжением s, сцеплением и углом внутреннего трения

t = c + s·tgj,

где tgj - коэффициент внутреннего трения;

с - удельное сцепление.

Значения нормального напряжения s, при котором производится срез образцов, а для мерзлых грунтов также и значения температуры, устанавливаются заданием.

4.188. Для мерзлых грунтов в качестве расчетных характеристик принимаются предельно-длительные значения сцепления с_дл и угла внутреннего трения j_дл. Для оттаявшего грунта расчетные характеристики с и j принимают по данным испытаний на сдвиг образцов грунта, имеющих плотность и влажность оттаявшего основания.

ПРИБОРЫ

4.189. Для определения сопротивления мерзлого или оттаявшего грунтов сдвигу используют одноплоскостной прибор с фиксированной плоскостью среза (рис. 25).

Рис. 25. Схема одноплоскостного сдвига
N - нормальное усилие; Т - сдвигающее усилие

4.190. Рекомендуется пользоваться прибором ГГП-30 системы Гидропроекта. Нормальная и сдвигающая нагрузки и приборе этого типа прикладываются независимо одна от другой. Сдвиг осуществляется смещением одной части образца относительно другой, при одновременном воздействии сжимающей нагрузки, приложенной перпендикулярно к плоскости сдвига.

4.191. Срезной прибор ГГП-30 рассчитар на усилия до 400 кг. Для испытания мерзлого грунта используют этот же прибор, переоборудованный и специализированный для работы с большими усилиями, достигающими 900-1000 кг: уменьшен диаметр испытываемого образца грунта до 50,5 мм, увеличено передаточное число рычагов, усилены тросы.

4.192. Для испытания мерзлого грунта наряду с прибором ГГП-30 Гидропроекта используют также значительно более мощные клиновые приборы конструкции ВНИМИ (рис. 26). Эти приборы позволяют испытывать образцы при усилиях свыше 900 кг.

Рис. 26. Схема клинового прибора
1 - образец цилиндрической формы; 2 - подвижная обойма; 3 - неподвижная обойма; 4 - сменный металлический клин

В отличие от приборов ГГП-30 в клиновом приборе касательное и нормальное усилия не могут быть заданы автономно, а определяются путем расчета.

4.193. Клиновой прибор состоит из двух чугунных обойм, в которое помещают образец грунта. Нагрузку Р прикладывают вертикально. При наклонном положении образца грунта составляющие усилия Р по нормали и касательной к плоскости среза образуют нормальную N и касательную Т нагрузки. Желаемое соотношение между нормальным и касательным напряжениями получают, изменяя угол наклона образца a при помощи сменных металлических клиньев.

4.194. Испытание на клиновом приборе обычно проводят при наклоне образца от 30 до 60-70°. Нагрузку Р на образец подают гидравлическим или механическим прессом, а при испытании слабых грунтов - рычажным прессом.

4.195. Значения нормальных и касательных напряжений в зависимости от угла наклона образца грунта a определяют по формулам:

(75)

(76)

где a - угол наклона образца в град;

F- площадь среза в см²;

Р - вертикальная нагрузка в кг.

4.196. Испытание на срез производят с образцом цилиндрической формы. При испытании на приборе ГГП-30, обычно высота образца талого грунта 50 мм, диаметр 71,4 мм (площадь 40 см²), а мерзлого грунта при той же высоте образца сокращают диаметр до 50,5 мм (площадь 20 см²). На клиновом приборе испытывают во всех случаях образец высотой 100 мм и диаметром 71,4 мм.

Примечание. В тех случаях, когда высота монолита или керна не позволяет получить образец грунта указанной высоты, допустимо ее уменьшение до 35 мм при испытании на приборе типа ГГП-30 и до 95 мм при испытании на клиновом приборе.

4.197. Для определения значений сопротивлений сдвигу оттаявших грунтов текучей и мягкопластичной консистенции рекомендуют использовать одноплоскостной сдвиговой прибор ВСВ-1 системы Гидропроекта (рис. 27).

Рис. 27. Схема сдвигового прибора ВСВ-1
1 - динамометр для передачи вертикальной нагрузки; 2 - штамп; 3 - верхняя обойма; 4 - верхняя часть разрезного кольца для грунта; 5 - резиновая оболочка; 6 - образец грунта; 7 - нижняя обойма; 8 - нижняя часть разрезного кольца для грунта; 9 - тормозное устройство для индикатора динамометра; 10 - динамометр ДС-02 для измерения сопротивления сдвигу; 11 - дно нижней обоймы: 12 - пористый вкладыш; 13 - подвижная плита; 14 - арретирный винт; 15 - винт для приложения вертикальной нагрузки; 16 - винт для приложения сдвигающего усилия

4.198. Передачу сдвигающей и нормальной нагрузок на приборе ВСВ-1 осуществляют с помощью динамометров. Для передачи нормальной нагрузки используют динамометр типа ДС-02 или ДС-1, для сдвигающей - типа ДС-02.

4.199. На неподвижную часть ножки индикатора динамометра, измеряющего напряжение сдвига, устанавливают тормозное устройство (рис. 28), фиксирующее значение максимального напряжения сдвига. Прижимной штифт тормозного устройства должен быть прижат к подвижной части ножки индикатора с достаточной силой, чтобы воспрепятствовать ее обратному ходу, но не затруднять перемещение ножки при приложении нагрузки.

Рис. 28. Тормозное устройство
1 - неподвижная ножка индикатора; 2 - крепежный винт; 3 - прижимной винт; 4 - упор для пружины; 5 - пружина; 6 - корпус; 7 - подвижная ножка индикатора; 8 - регулировочный винт

4.200. Прибор ВСВ-1, позволяющий производить испытание на сдвиг в течение 8-10 сек, используют при определении условно-мгновенного значения сопротивления грунта сдвигу.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНО-МГНОВЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА СДВИГУ

4.201. Определение сопротивления мерзлого грунта сдвигу производят без предварительного уплотнения образца грунта.

4.202. Опыт ведут при трех-четырех значениях нормального напряжения, величина которого обусловливается заданием на лабораторное испытание, учитывающим требования расчета. Число повторных определений должно быть не менее трех.

4.203. Определению предельно длительного сопротивления мерзлого грунта сдвигу предшествует испытание данного вида грунта при быстром приложении нагрузки, при котором определяют значения условно-мгновенного сопротивления t_мгн.

4.204. При испытании на срезных приборах с раздельной передачей нормального и касательного напряжения образец грунта устанавливают в прибор и нагружают заданной нормальной нагрузкой.

4.205. Образцу быстро, но не допуская удара, сообщают непрерывно и равномерно возрастающую сдвигающую нагрузку Т. Загружение осуществляют дробью. Продолжительность испытания должна составлять 20-30 сек. Опыт заканчивают, когда разрушается образец грунта или когда его деформирование происходит с ускорением и без дальнейшего увеличения нагрузки Т. После опыта из зоны сдвига отбирают две пробы на влажность. В процессе опыта ведут запись данных наблюдении в журнал (табл. 39).

Таблица 39 (Форма)

Данные наблюдений при испытании мерзлого грунта на быстрый сдвиг в приборе Гидропроекта

Дата	№ опыта	Нормальное усилие в кг	Нормальное напряжение в кг/см²	Горизонтальное усилие в кг	Сдвигающее напряжение в кг/см²	Продолжительность опыта в мин	Температура образца в °С	Примечание

4.206. Значение условно-мгновенного сопротивления мерзлого грунта при быстром сдвиге t_мгн определяют как частное от деления разрушающего усилия Т_мгн на площадь среза образца F. Полученные результаты заносят в журнал (табл. 39).

4.207. По результатам испытаний образца данного грунта известной влажности и температуры строят диаграмму сдвига (рис. 29, кривая 1): по оси абсцисс откладывают значения нормального напряжения s, а по оси ординат - соответствующие значения сопротивления быстрому сдвигуt_мгн.

Рис. 29. Диаграммы сдвига
1 - условно-мгновенное сопротивление; 2 - предельно длительное сопротивление

4.208. Условно-мгновенные значения параметров с_мгн и j_мгн данного вида грунта определяют графически по полученной диаграмме сдвига или путем расчета. Значение с_мгн определяют отрезком, отсекаемым на оси ординат диаграммой сдвига (см. рис. 29). Значение угла внутреннего трения j_мгн определяют углом наклона диаграммы к оси абсцисс.

Расчетным путем значения с_мгн и j_мгн определяют со среднеквадратичным приближением - способом наименьших квадратов по формулам:

(77)

(78)

где п - число определений сопротивления сдвигу (не менее 9).

Полученные, значения с_мгн и j_мгн заносят в журнал (табл.40).

Таблица 40 (Форма)

Результаты определений характеристик сопротивления мерзлого и оттаявшего грунта сдвигу

№ опыта	Грунт	Объемный вес , г/см³	Влажность W_с, %	Нормальное напряжение s, кг/см²	Характеристика сопротивления		грунта сдвигу	Примечание
№ опыта	Грунт	Объемный вес , г/см³	Влажность W_с, %	Нормальное напряжение s, кг/см²	t, кг/см²	с, кг/см²	j°	Примечание

4.209. Испытание на срезном приборе при передаче одной суммарной нагрузки (клиновой прибор) проводят при различных (не менее трех) значениях угла наклона a образца грунта. Рекомендуется принимать a = 30, 45 и 60°.

4.210. Образец мерзлого грунта освобождают от формы, помещают в обойму прибора, установленного под прессом при заданном угле наклона, и выдерживают не менее одного часа.

4.211. Образцу быстро, не допуская удара, сообщают непрерывно и равномерно возрастающую нагрузку Р (см. рис. 26). Далее опыт проводят в соответствии с указаниями п. 4.205. В процессе опыта ведут запись в журнал (табл. 41).

Таблица 41 (Форма)

Данные наблюдений при испытании мерзлого грунта на быстрый сдвиг в клиновом приборе

Дата	№ опыта	Угол наклона образца a°	Разрушающая нагрузка, Р_мгн, кг	Давление на образец Р₀/F, кг/см²	Продолжительность опыта t, мин	Температура образца q, °С	Примечание

4.212. По данным испытания на клиновом приборе сопротивлении сдвигу вычисляют в следующей последовательности:

определяют полное разрушающее напряжение по плоскости среза P_мгн/F, где F - первоначальная площадь среза образца в см²;

подставляют полученную величину P_мгн/F в формулы (75), (76) и вычисляют t_мгн и s. Полученные данные заносят в журнал (табл. 40).

4.213. По результатам испытания строят диаграмму сдвига (см. п. 4.207, рис. 29), по которой определяют с_мгн и j_мгн. Полученные значения заносят в журнал (табл. 40).

4.214. Если необходимо иметь значение с_мгн и j_мгн в широком диапазоне нормальных напряжений (более 20-25 кг/см²), то, используя результаты испытания грунта на обоих приборах, наносят их на общую диаграмму сдвига и по ней определяют с_мгн и j_мгн.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ДЛИТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА СДВИГУ

4.215. Определения предельно длительного сопротивления мерзлого грунта сдвигу, как и при быстром сдвиге, производят не менее чем для трех значений нормального напряжения s, или трех значений угла наклона образца a. Значение нормальной нагрузки или угла наклона a назначают в соответствии с заданием.

4.216. Испытание на сдвиг для каждого значения s или a проводят с трехкратной повторностью. Сдвигающее усилие или суммарную нагрузку Р прикладывают равными ступенями.

4.217. Величину последовательно прикладываемой ступени нагрузки принимают равной 1/10 от условно-мгновенного сопротивления Т_мгн или Р_мгн, т. е. Т = 0,1Т_мгн или Р =0,1Р_мгн.

4.218. Измерения деформации образца производят с помощью индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм.

4.219. Перед началом опыта индикатор устанавливают в пулевое положение. Затем прикладывают первую ступень нагрузки Т или Р и, включив секундомер, наблюдают за деформацией образца по времени.

4.220. Каждую ступень нагрузки выдерживают до стабилизации деформаций. Стабилизацию деформации считают достигнутой, когда приращение деформации не превышает 0,01 мм для песков завремя 6 ч, для супесей 12 ч, для суглинков и глин 24 ч.

4.221. Интервалы времени между отсчетами деформаций принимают следующими. В начале каждой ступени, если скорость деформации значительна, отсчеты ведут не реже 1 раза в минуту. По мере уменьшения скорости деформирования, когда за одну минуту приращение деформации не фиксируется, интервалы времени между отсчетами постепенно увеличивают до 2, 4, 8, 15, 30 мин и далее до 1, 2, 3 и до 8 ч. При этом период времени между последующими отсчетами корректируют по величине деформации, которая не должна превышать 0,5 мм. В противном случае время между отсчетами уменьшают.

4.222. В процессе испытаний ведут запись данных наблюдений (табл. 42). Абсолютную деформацию l_i определяют разностью данного и нулевого отсчета. Приращение деформации вычисляют разностью данной и предыдущей деформации. Скорость деформации определяю как частное от деления приращения деформации на интервал времени, соответствующий этому приращению.

Таблица 42 (Форма)

Данные наблюдении при длительных испытаниях мерзлого грунта на сдвиг

№ опыта

Нормальное напряжение s, кг/см² (угол наклона a образца)

Ступени нагрузки сдвигающей Т (или вертикально Р), кг

Время взятия отсчета

Время от начала опыта

Время между отсчетами t_i - t_i_-₁, мин

Поправка на деформацию прибора

Деформация образца l_i, мм

Приращение деформации l_i - l_i_-₁, мм

Скорость деформации , мм/мин

Примечание

мин

4.223. После достижения стабилизации деформации первой нагрузки (пункт 4.220) переходят к следующей ступени нагружения, которую также продолжают до стабилизации деформации. Опыт продолжают до той ступени нагружения, на которой деформация не стабилизируется, переходя в незатухающее деформирование с постоянной скоростью. Деформирование с постоянной скоростью считают достигнутым, когда не менее чем при четырех последующих отсчетах не наблюдают закономерного увеличения или уменьшения скорости деформирования.

4.224. Опыт прекращают, когда четко установлено незатухающее деформирование не менее чем при двух очередных ступенях нагрузки (рис. 30, пятая и шестая ступени). Каждую из этих нагрузок выдерживают в течение трех суток с тем, чтобы убедиться в незатухающем характере деформирования.

Рис. 30. Развитие деформаций во времени при загружении ступенями
1 - для N (a₁); 2 - для N₂ (a₂); 3 - для N₃ (a₃)

4.225. По результатам испытаний (табл. 42) строят графики в координатах: деформация сдвига - время (рис. 30).

По оси ординат откладывают деформацию сдвига l_i (мм), а по оси абсцисс - время t; для каждого значения нормального напряжения s или угла наклона образца a строят свой график.

4.226. Каждая ступень нагрузки соответствует своему значению сдвигающего усилия Т (срезной прибор) или вертикального усилия Р (клиновой прибор).

4.227. Предельно длительное сопротивление Т_дл или Р_дл при данном значении s или a находится в диапазоне напряжений между наибольшим его значением Т₄ или Р₄при котором деформации еще стабилизируются, и наименьшим Т₅ или Р₅, при котором наблюдается незатухающее течение, т. е. V>0.

Предел длительной прочности с известным запасом принимают равным первому из указанных значений, т. е. Т_дл = Т₄ (или Р_дл = Р₄).

4.228. Значение предельно длительного сопротивления мерзлого грунта сдвигу по испытаниям на срезном приборе определяют непосредственно из графика (см. рис. 30) зависимости l-t, полученного для данного значения s.

4.229. Если испытания проводились на клиновом приборе, то из графиков зависимости l-t (см. рис. 30) определяют значение для данного угла наклона образца грунта и по нему рассчитывают предельно длительное сопротивление мерзлого грунта сдвигу t_дл и соответствующее ему нормальное напряжение s по формулам:

(79)

(80)

4.230. Для определения расчетных параметров с_дл и j_дл для данного грунта строят диаграмму сдвига (см. рис. 29, кривая 2).

На оси абсцисс графика откладывают значения нормального напряжения s, а на оси ординат - соответствующие им значения предельно длительного сопротивления сдвигу t_дл.

4.231. По полученной диаграмме сдвига (см. рис. 29, кривая 2) определяют, по аналогии с указаниями пп. 4.207, 4.208, предельно длительные значения сцепления с_дл и угла внутреннего трения j_дл для данного грунта, которые заносят затем в журнал.

4.232. Приближенно значение параметра j_дл мерзлого грунта массивной, тонкослоистой и тонкосетчатой текстуры может быть определено по результатам испытания сопротивления сдвигу образца данного грунта в немерзлом состоянии. Эти испытания проводят в соответствии с ГОСТ 12248-66. При этом опыты проводят с образцом грунта, имеющим влажность и объемный вес, соответствующие таковым в мерзлом его состоянии.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ СДВИГУ ОТТАЯВШИХ ГРУНТОВ

4.233. Определение предельного сопротивления сдвигу оттаявшего грунта текучей или мягкопластичной консистенции проводят на приборе ВСВ-1 (см. рис. 27), передающем усилия с помощью динамометра. Каждый из динамометров, используемых при испытании, должен иметь свидетельство о государственной проверке.

4.234. По данным, приведенным в свидетельстве, строят тарировочный график в координатах: показание индикатора динамометра l (мм) - нагрузка Р (кг). Для удобства в работе график, перестроив, представляют в координатах l-s и l-t, где кг/см² и кг/см², где F - площадь поперечного сечения образца в см².

Пользуясь тарировочными графиками, по измеренной при испытании образца деформации l определяют соответствующие значения s и t.

4.235. Определение сопротивления оттаявшего грунта сдвигу производят при различных (не менее трех-четырех) значениях вертикальной нагрузки Р, величину которой принимают по заданию в соответствии с требованием предполагаемого расчета. Количество повторных определений должно быть не менее трех.

4.236. Если необходимо получить характеристики прочности для грунта непосредственно после его оттаивания (с сохранением влажности, соответствующей мерзлому грунту), то испытание проводят в условиях закрытой системы: образец мерзлого грунта заключают в тонкую резиновую оболочку (толщиной не более 0,2 мм) и помещают в рабочее кольцо срезывателя. Затем образец грунта с обоих торцов покрывают резиновыми прокладками.

Примечание. Для того чтобы при загружении в прибор образец не деформировался, внутренний диаметр кольца пробобрателя должен быть меньше диаметра рабочего кольца срезывателя на толщину резиновой оболочки.

4.237. Перед испытанием образец переносят в теплое помещение и устанавливают в срезыватель прибора.

4.238. Оттаивание образца происходит в приборе при комнатной температуре. Окончание оттаивания устанавливают с помощью зондирования тонкой проволокой через верхний торец образца. Как правило, оттаивание продолжается 40-60 мин.

4.239. После оттаивания образца устанавливают динамометры, отпускают арретирный винт и сразу производят определение сопротивления грунта сдвигу: вращением винта создают заданное вертикальное давление; показание индикатора, соответствующее этому давлению, находят по графику, прилагаемому к данному динамометру.

4.240. Непосредственно после приложения вертикального усилия равномерным вращением винта быстро (в течение 8-10 сек) производят сдвиг: прекращение увеличения сдвигающего усилия является показателем возникшего сдвига. В момент сдвига индикатор фиксирует максимальное значение деформаций l, соответствующее предельному сопротивлению сдвига. Во избежание завышения сопротивления грунта сдвигу за счет упругости резиновой оболочки необходимо наблюдать за кареткой срезывателя, не допуская ее смещения более чем на 5 мм.

4.241. При испытании образца грунта необходимо следить за постоянством вертикального давления, поддерживая его с помощью регулировочного винта (см. рис. 27).

4.242. После окончания опыта прибор разбирают, образец грунта вынимают из резиновой оболочки и из зоны сдвига берут пробу для определения влажности.

4.243. Значение предельного сопротивления сдвигу t находят по графику, приложенному к динамометру.

4.244. По результатам испытаний строят диаграмму сдвига оттаявшего грунта данной влажности. Расчетные параметры с и j определяются в соответствии с указаниями пп. 4.207, 4.208.

4.245. Определение характеристик сопротивления сдвигу оттаявших грунтов тугопластичной и полутвердой консистенции может быть произведено также: на приборе типа ГГП-30 в соответствии с ГОСТ 12248-66, разработанным для немерзлых грунтов.

СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕРЗЛОГО ГРУНТА СДВИГУ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ФУНДАМЕНТА

4.246. При расчетах фундаментов по устойчивости и прочности на действие сил пучения необходимо знать сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности фундамента именуемое нормативным сопротивлением мерзлых грунтов сдвигу по боковой поверхности смерзания.

4.247. Значение определяют экспериментально по результатам полевых испытаний фундаментов пробными нагрузками или на основании лабораторных испытаний. Основным методом определения являются полевые испытания. При отсутствии опытных данных величина принимается по табл. 5 главы СНиП II-Б.6-66.

4.248. Лабораторные испытания образцов мерзлого грунта на сдвиг по боковой поверхности смерзания, если это предусмотрено заданием, производятся для получения значений в зависимости от состава грунтов, температуры, влажности, нормального давления и других факторов.

ПРИБОРЫ

4.249. Для определения сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по боковой поверхности фундаментов лабораторным методом используют приборы, в которых через испытуемый грунт продавливаются модели фундаментов (прибор Н.А. Цытовича) или элементы фундаментов (прибор В.Ф. Ермакова), а также сдвиговые приборы, в которых сдвиг осуществляется по плоскости смерзания грунта с элементом фундамента (прибор НИИ оснований).

4.250. Прибор Н.А. Цытовича (рис. 31) состоит из наружного кольца (диаметром 105 мм, высотой 80 мм); поддона с круглым отверстием в центре; вкладыша, закрывающего отверстие в поддоне; стойки (диаметром 40 мм и высотой 120 мм), изготовленной из различного строительного материала; наголовника, надеваемого на стойку.

Рис. 31. Схема прибора Цытовича
1 - наружное кольцо; 2 - поддон; 3 - вкладыш; 4 - стойка; 5 - наголовник

Для проведения испытаний наружное кольцо устанавливается на поддон, отверстие в котором закрывается вкладышем; на вкладыш ставится стойка. Пространство внутри кольца заполняется грунтом. После этого прибор ставится в холодильную камеру или шкаф, где производится замораживание грунта.

Перед испытанием из поддона удаляют вкладыш, а на стойку надевают наголовник; прибор устанавливают под пресс и производят продавливание стойки через грунт.

4.251. Прибор В. Ф. Ермакова (рис. 32) состоит из двух частей: стального корпуса и пластины из строительного материала, имитирующего элемент фундамента. Корпус выполняется в виде прямоугольного короба размером 200´50´100 мм с прорезью в днище. В прорезь устанавливается пластина из строительного материала размером 150´120´40 мм. Во избежание трения пластины о боковые стенки корпуса в последних устраиваются прорези, которые закрываются съемными накладками. После установки пластины в корпус прибора его заполняют грунтом и устанавливают в холодильную камеру или шкаф для замораживания грунта.

Рис. 32. Схема прибора Ермакова
1 - корпус; 2 - пластина

Перед испытанием с корпуса прибора снимают накладки, закрывающие нижнюю и боковые прорези. Подготовленный прибор помещают под пресс и прикладывают нагрузку к верхнему торцу пластины.

4.252. Прибор НИИ оснований* (рис. 33) имеет сдвиговую камеру и направляющую обойму, в которой на стальных шариках перемещается подвижная каретка. К сдвиговой камере крепится устройство для передачи нормального давления, состоящее из четырех стоек, упорной плиты, винта и динамометра.

* Конструкция прибора разработана Л. В. Садовским при участии С. Э. Городецкого.

Рис. 33. Схема прибора НИИ оснований
1 - сдвиговая камера; 2 - подвижная каретка; 3 - направляющая обойма; 4 - материал фундамента; 5 - образец; 6 - стальной шарик: 7 - крепежный винт; 8 - опорная плита; 9 - боковой штамп; 10 - боковая упорная плита; 11 - винт; 12 - кронштейн динамометра; 13 - скоба динамометра; 14 - боковая стойка; 15 - стяжной винт

4.253. Образец в виде цилиндра, состоящий из смерзшихся друг, с другом грунтовой части и материала фундамента, помещают в сдвиговую камеру и цилиндрическое углубление подвижной каретки. Сдвигающая нагрузка с помощью пресса передается на образец через верхний прилив подвижной каретки.

Передачу нормальной нагрузки на образец осуществляют с помощью винта, вращающегося в боковой упорной плите. Усилие, создаваемое винтом, через динамометр н боковой штамп передается на образец. Для предотвращения опрокидывания весь прибор закрепляется на опорной плите с помощью крепежного винта.

4.254. В том случае когда испытания проводятся с приложением нормальной нагрузки, сопротивление сдвигу следует рассчитывать с поправкой на трение в приборе. Для этого предварительно определяют опытным путем коэффициент трения подвижной каретки по направляющей обойме.

4.255. Коэффициент трения определяют следующим образом. Подвижная каретка устанавливается на горизонтально расположенную направляющую обойму, продольные канавки которой заполнены стальными шариками. В каретку устанавливают стальной цилиндр диаметром на 15 мм меньше, чем диаметр образца, затем к каретке несколькими ступенями прикладывают вертикальную нагрузку и по динамометру для каждой ступени определяют усилие, которое необходимо для того, чтобы придать каретке медленное перемещение по направляющей обойме. После нескольких загружений строится график, по которому определяют коэффициент трения прибора:

K_n = tgj_n, (81)

где j_n - угол наклона спрямленной кривой, выражающей зависимость сдвигающего усилия, при котором начинается медленное перемещение каретки, от нормальной нагрузки.

Величину , кг/см² для каждой ступени нормальной нагрузки N, кг вычисляют по формуле

(82)

где Т - сдвигающее усилие в кг;

F - площадь образца в см²;

К_н- коэффициент трения прибора.

4.256. Из перечисленных приборов более совершенным является прибор НИИ оснований, поэтому методика приготовления образцов и проведения испытаний для определения сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по боковой поверхности фундамента излагается применительно к этому прибору.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ

4.257. Образец для испытания на приборе НИИ оснований представляет собой цилиндр и состоит из двух смороженных между собой частей: грунтовой части и материала фундамента. Грунтовая часть образца заключена в металлический стакан внутренним диаметром 71,3 мм и высотой 35 мм. Материал фундамента выполняется в виде диска наружным диаметром 73,3 мм и высотой 15 мм.

4.258. Для приготовления образцов, т. е. смораживания грунта с материалом фундамента, используют формы, при помощи которых создаются различные условия промерзания грунта;

1) для одностороннего охлаждения грунта через поверхность материала фундамента в открытой системе, т. е. с постоянным подтоком воды к фронту промерзания, форму изготовляют из оргстекла толщиной стенок 25 мм (рис. 34,а);

2) для всестороннего охлаждения без подтока воды форму изготовляют из металла (рис. 34,б);

3) для одностороннего охлаждения в закрытой системе, т. е. без подтока воды к фронту промерзания, форму изготовляют из оргстекла толщиной стенок 25 мм (рис. 34,в).

Рис. 34. Формы для изготовления образцов
а - при одностороннем охлаждении с подтоком воды; б - при всестороннем охлаждении без подтока воды; в - при одностороннем охлаждении без подтока воды;
1- крепежное кольцо; 2 - запирающее кольцо; 3 - стяжное кольцо; 4 - промежуточное кольцо; 5 - стяжной винт; 6 - дырчатый диск; 7 - трубка для подвода воды; 8 - гайка; 9 - материал фундамента; 10 - стакан-грунтонос; 11 - резервуар для воды; 12 - крышка; 13 - закладное кольца; 14 - грунт

4.259. Последовательность операций при приготовлении образцов должна быть следующей: предварительно высушенный и размельченный грунт доводится до требуемой влажности; затем, в зависимости от задач эксперимента, выбирается нужная форма для смораживания, в нее закладываются диск материала фундамента и металлический стакан, который заполняется грунтом. Таким образом собранную форму помещают в холодильную камеру.

4.260. Режим замораживания образцов выбирают в зависимости от задания с учетом теплового влияния сооружения. При этом следует руководствоваться формулой (10) главы СНиП II-Б.6-66.

4.261. В процессе замораживания грунта наблюдают за температурой с помощью термопар. Термопары вводят в образец грунта через отверстия в стенке металлического стакана и формы. После полного промерзания грунта образец вынимают из формы и выдерживают в ультратермостате или холодильной камере не менее 2 ч при температуре, принятой в опыте.

4.262. В качестве формы для приготовления образцов грунта может быть использована сдвиговая камера прибора НИИ оснований. Это следует делать в случаях, когда необходимо определить сопротивление сдвигу по поверхности фундамента при действии нормальных (обжимающих) усилий. В природной обстановке нормальные усилия возникают в процессе замерзания грунта, ограниченного боковой поверхностью фундамента и стенкой скважины, в которую он погружен, например при смерзании грунта со сваей в скважине, заполненной разжиженным грунтом (шламом).

4.263. Приготовление образца в приборе НИИ оснований (рис. 33) производится по следующей методике. В сдвиговую камеру устанавливают стакан-грунтонос, а в цилиндрическое углубление подвижной каретки закладывают диск материала фундамента. В собранном виде прибор устанавливают так, чтобы материал фундамента оказался под стаканом-грунтоносом. После этого стакан-грунтонос заполняют грунтом. На поверхность грунта накладывают штамп и устанавливают динамометр. Для выравнивания поверхности грунта под штампом с помощью винта грунт в течение 5 мин обжимают давлением 0,1 кг/см².

После этого прибор ставится в холодильную камеру. В процессе промерзания грунта наблюдают за показаниями динамометра, который фиксирует усилие пучения в грунте при смерзании его с материалом фундамента. После того как процесс пучения грунта закончится, прибор помещают под пресс и производят испытание на сдвиг.

4.264. Стенки стакана-грунтоноса перед заполнением грунтом следует смазать техническим вазелином или солидолом и проложить слоем полиэтиленовой пленки; поверхность штампа, соприкасающуюся с грунтом, также смазывают вазелином или солидолом.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.265. Конечной целью испытаний является определение предельно длительного сопротивления сдвигу мерзлого грунта по материалу фундамента.

4.266. Для проведения испытаний могут быть использованы гидравлические, электромеханические и рычажные прессы и испытательные машины. Кратковременные испытания производят на гидравлических и электромеханических прессах; испытания на ползучесть - на рычажных прессах или испытательных машинах, приспособленных для поддержания постоянной нагрузки в течение длительного времени.

4.267. Величина нормальной нагрузки определяется заданием в зависимости от способа установки или погружения фундамента в вечномерзлый грунт. Если величина нормальной нагрузки не задана, то испытания проводят при действии только сдвигающей нагрузки.

4.268. Методика испытаний аналогична методике, применяемой для испытаний мерзлых грунтов на сдвиг. Согласно этой методике, определениям предельно длительного сопротивления сдвигу предшествуют испытания в условиях быстрого приложения нагрузки, в результате которых определяют значение условно-мгновенного сопротивления.

4.269. Согласно общей методике сдвиговых испытаний (пп. 4.184-4.200), испытания с целью определения предельно длительного сопротивления сдвигу мерзлого грунта по поверхности фундамента проводятся при нагружении образца постоянной сдвигающей нагрузкой равными ступенями. Величина каждой ступени принимается равной 1/10 от условно-мгновенного сопротивления сдвигу.

4.270. Каждая ступень сдвигающей нагрузки выдерживается до стабилизации деформаций. Стабилизация деформаций считается достигнутой, когда ее приращение не превышает 0,01 мм за следующие интервалы времени: для песков за 6 ч, для супесей за 12 ч, для суглинков и глин за 24 ч.

4.271. При последующем увеличении сдвигающей нагрузки стабилизации деформаций не наблюдается, а деформирование продолжается с постоянной скоростью. Тогда прикладывается следующая ступень нагрузки для того, чтобы убедиться, что процесс деформирования протекает в стадии установившейся ползучести. Опыт прекращается, когда незатухающее деформирование хорошо фиксируется при двух последовательных ступенях сдвигающей нагрузки.

Исходные данные и данные наблюдении записывают в журнал (табл. 43 и 44).

Таблица 43 (Форма)

Исходные данные при определении предельно длительного сопротивления сдвигу мерзлых грунтов по поверхности фундаментов

Материал фундамента	Тип формы для смораживания	Температура образца грунта в °С	Температура замораживания	Площадь сдвига F, см²	Коэффициент трения в приборе К_п	Описание грунта, характер льдовыделения по контакту с фундаментом и другие примечания

Таблица 44 (Форма)

Данные наблюдений при длительных испытаниях на сдвиг мерзлых грунтов по поверхности фундамента

№ опыта	Нормальное напряжение s, кг/см²	Ступени сдвигающей нагрузки Т, кг	Время взятия отсчета, ч-мин	Время от начала опыта, ч-мин	Время между отсчетом t_i - t_i_-₁	Показания индикатора, мм	Поправка на деформацию прибора	Деформация образца l, мм	Приращение деформации l_i - l_i_-₁, мм	Скорость деформации

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

4.272. За величину предельно длительного сопротивления сдвигу мерзлого грунта по поверхности фундамента при заданном значении нормальной нагрузки (или без нее) принимается сопротивление сдвигу, соответствующее наибольшему значению сдвигающей нагрузки, при которой произошла стабилизация деформации (см. рис. 30).

Результаты определения предельно длительного сопротивления сдвигу мерзлых грунтов по поверхности фундамента записываются в журнал (табл. 45).

Таблица 45 (Форма)

Результаты определений предельно длительного сопротивления сдвигу мерзлых грунтов по поверхности фундамента

№ опыта	Температура испытаний q, °С	Грунт и материал фундамента	Объемный вес мерзлого грунта г/см³	Влажность мерзлого грунта W, %	Нормальное напряжение s, кг/см²	Предельно длительное сопротивление сдвигу τ_сд.дл.	Нормативное сопротивление мерзлого грунта сдвигу

4.273. Расчетная величина нормативного сопротивления сдвигу мерзлого грунта по поверхности фундамента по результатам лабораторных испытаний принимается равной среднему значению предельно длительного сопротивления сдвигу, определенному в соответствии с п. 4.270.

КАСАТЕЛЬНЫЕ СИЛЫ ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ

4.274. Под морозным выпучиванием фундаментов и конструкций сооружений понимают их вертикальные смещения (поднятия), вызываемые пучением грунта при промерзании.

4.275. Силы пучения грунта по направленности их к поверхности фундамента подразделяют на касательные и нормальные. Под касательными понимают силы, направленные вдоль боковой поверхности фундамента (или конструкции сооружения), под нормальными - силы, направленные перпендикулярно боковой поверхности или подошве фундамента.

4.276. При расчетах фундаментов на вечномерзлых грунтах необходимо проверять устойчивость фундамента на действие касательных сил пучения. Для проведения расчета согласно пп. 5.14-5.21 главы СНиП II-Б.6-66 необходимо знать нормативное значение касательных сил пучения τ^н.

Значение τ^н рекомендуется принимать на основании опытных данных, и лишь при отсутствии их для осредненных мерзлотногрунтовых условий допускается назначать 0,6-0,8 кг/см², а для сложных условий - 1 кг/см².

4.277. В зависимости от времени и сроков проведения изыскательских и проектных работ, местоположения возводимого объекта и других причин значения касательных сил пучения могут быть установлены на основании проведения полевых и лабораторных испытаний. Основным методом получения расчетных значений являются полевые испытания. Лабораторные испытания проводятся для уточнения τ^н, полученных в результате полевых испытаний в части оценки влияния на τ^н влажности грунта, температуры и других факторов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОЙ КАСАТЕЛЬНОЙ СИЛЫ ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

4.278. Полевые испытания касательных сил пучения грунтов могут предусматривать решение следующих задач:

а) оценка сил пучения на определенной площадке, выбранной под конкретный строительный объект;

б) оценка сил пучения в качестве расчетной характеристики для района строительства в целом.

4.279. В первом случае силы пучения определяются на опытных фундаментах, аналогичных тем, которые будут заложены на проектируемом объекте. При этом искомой величиной Т, кг является результирующее значение всех сил, действующих на опытный фундамент при промерзании грунтов. По результатам определения Т проверка устойчивости проектируемого сооружения на действие касательных сил пучения производится по формуле

(83)

где п₁ - коэффициент перегрузки постоянной нагрузки, действующей на фундамент, принимаемый равным 0,9;

- нормативное значение постоянной нагрузки, включая вес фундамента и грунта, лежащего на его уступах, в кг.

4.280. Во втором случае силу пучения определяют на моделях столбчатых фундаментов, устанавливаемых на глубину сезонного промерзания (протаивания). При этом искомой величиной является нормативное значение касательной силы пучения τ^н в кг/см², определяемое по формуле

(84)

где Т - суммарная сила пучения, определяемая испытанием модели фундамента, в кг;

и - периметр модели фундамента в см;

z - глубина сезонного промерзания (протаивания) в см.

По результатам определения τ^н расчет устойчивости фундаментов на действие касательных сил пучения производится в соответствии с п. 5.15 главы СНиП II-Б.6-66 (14).

4.281. Для полевого определения касательных сил пучения используются установки, в которых суммарная сила пучения, действующая на опытный фундамент или его модель, через силоизмерительное устройство передается на анкер, закрепленный в грунте (рис. 35). Вместо анкера может использоваться платформа с грузом, в которую через динамометр упирается опытный фундамент. При этом вес груза должен в 1,5-2 раза превышать ожидаемую суммарную силу пучения

Рис. 35. Схема опытной установки для определения касательных сил пучения в полевых условиях
1 - анкерная стойка; 2 - упор (двутавровая балка); 3 - динамометр; 4 - опытный фундамент; 5 - обсадная труба; 6 - поверхность вечномерзлого грунта; 7 - термометр сопротивления

4.282. При выборе типа установок предпочтение следует отдавать установкам с одиночными фундаментами и раздельными анкерами для каждого фундамента.

ВЫБОР ОПЫТНОЙ ПЛОЩАДКИ И ТРЕБОВАНИЯ К ИСПЫТАНИЯМ

4.283. Определение сил пучения производится на опытных площадках, располагаемых в местах будущего строительства.

Размеры опытных площадок должны быть не менее 20´20 м; границы площадки должны быть уделены от строений и насаждений не менее чем на 10 м.

4.284. Опытную площадку оборудуют тремя однотипными установками.

4.285. Основными элементами полевой установки (рис. 36) являются: опытный фундамент, анкерная опора (одна или несколько), упор, силоизмерительное устройство.

Рис. 36. Схемы анкерных опор
I - рамные опоры; II - одиночная заглубленная опора; III - опора в виде анкерной плиты;
а - для одного фундамента; б - для нескольких фундаментов

Установка обычно оборудуется приспособлениями и приборами для измерения перемещений грунта вблизи фундамента, температуры и глубин его промерзания.

4.286. При проектировании конструктивных элементов установки необходимо учитывать следующие требования:

все элементы установки следует рассчитывать на действие ожидаемых касательных сил пучения с учетом возможного их превышения в 1,5-2 раза;

за силы, удерживающие анкерную опору в грунте, следует принимать силы смерзания (при наличии вечномерзлых грунтов сливающегося типа), определяемые по главе СНиП II-Б.6-66 (п. 5.7, табл. 5), или силы трения, определяемые по главе СНиП II-Б.6-66 (п. 5.17);

если анкерная опора установки выполняется с уширением в нижней части в виде башмака, плиты и т. п., то ее следует рассчитывать на выдергивание, руководствуясь п. 6.16 главы СНиП II-И.9-62 «Линии электропередачи напряжением выше 1 кв. Нормы проектирования» и принимая коэффициент условий работы равным 1;

опытный фундамент следует выполнять в виде одиночной опоры, боковая поверхность которой должна иметь такую же шероховатость, что и у фундаментов проектируемых сооружений;

упорные элементы опытной установки необходимо проектировать с таким расчетом, чтобы их деформации, а следовательно и максимальное перемещение опытного фундамента, были минимальными и не превышали 5-6 мм;

для измерения сил пучения следует использовать: стандартные пружинные динамометры, динамометрические кольца и другие силоизмерительные приборы.

Жесткость динамометров должна быть возможно большей, а верхний их предел измерений должен назначаться исходя из ожидаемых сил пучения с учетом возможного их превышения в 1,5-2 раза.

МОНТАЖ УСТАНОВОК

4.287. Погружение анкерных опор в вечномерзлый грунт производится в лидерные скважины, проходимые виброударным способом или бурением. В пластичномерзлые и высокотемпературные грунты анкерные опоры забиваются непосредственно дизель-молотами или вибро-ударными установками.

Лидерная скважина устраивается несколько большего диаметра, чем диаметр анкерной стойки. После установки опоры свободное пространство скважины заливается разжиженным грунтом (шламом).

4.288. При необходимости искусственного охлаждения вечномерзлых грунтов после установки анкерных опор нижнюю часть скважины заливают ледосоляной эвтектической смесью или вентилируют через внутреннюю полость опоры холодным наружным воздухом.

4.289. Установку анкерных опор в лидерные скважины завершают за 2-3 месяца до начала сезонного промерзания грунтов.

4.290. Анкерные опоры, имеющие уширение в нижней части в виде башмака или плиты, устанавливают в шурф или котлован.

Анкерные опоры с уширением используются на участках, где вечномерзлые грунты в основании отсутствуют или залегают на большой глубине (8-10 м).

4.291. Погружение в грунт опытного фундамента должно производиться по аналогии с проектными предложениями по производству фундаментных работ.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.292. При испытаниях касательных сил пучения грунтов фиксируют:

величину пучения грунта около фундамента;

глубину промерзания и температуру грунта;

температуру воздуха;

уровень грунтовых вод (при наличии вечномерзлых грунтов несливающегося типа или при сезоннопромерзающих грунтах);

влажность грунта.

Регулярно контролируется устойчивость анкерных опор и опытного фундамента.

Данные наблюдении записывают в журнал (табл. 46 и 47).

Таблица 46 (Форма)

Журнал записи показаний температуры воздуха, грунта по глубине и деформации перемещения его поверхности у опытного фундамента

Площадка №_______________

Установка №_______________

Время и дата проведения наблюдений	Температура воздуха	Температуря грунта на глубине в м				Перемещение грунта в мм на расстоянии от фундамента в см
Время и дата проведения наблюдений	Температура воздуха	0,2	0,6	1	2,5	2	25	50	100

Таблица 47 (Форма)

Журнал записи влажности образца грунта

Площадка №_________________

Установка № ________________

Дата определения влажности грунта	Глубина отбора образцов h, м	Грунт	Влажность талого грунта до промерзания W, %	Влажность проб после промерзании грунта W_c, %

4.293. Наблюдение за силами пучения начинают с наступлением морозного периода и продолжают с частотой 4-5 раз в декаду.

4.294. Пучение грунта фиксируют по перемещениям специальных марок, устанавливаемых на поверхности грунта. Марки представляют собой деревянные или металлические диски диаметром 80-100 мм и толщиной 10 мм с острым шипом длиной 30-40 мм посередине диска. Марки закрепляются путем вдавливания шипа до упора в грунт. Их перемещения фиксируют нивелиром или рейкой, закрепленной на анкерной опоре.

Марки закрепляют на расстоянии 2, 25, 50 и 100 см от боковой поверхности фундамента. Наблюдения за перемещением марок проводят 2-3 раза в месяц.

4.295. Глубину промерзания грунта определяют мерзлотомером Данилина, представляющим резиновую трубку с дистиллированной водой. Высота льда, образующегося в трубке, определяет глубину промерзания грунта.

Глубина промерзания может определяться также бурением.

4.296. Температуру грунта вблизи опытного фундамента измеряют вытяжными ртутными термометрами, термопарами или электротермометрами сопротивления, погружаемыми в скважины.

Температуру грунта измеряют на глубинах 20, 50, 100, 150 см и далее через 1 м до подошвы фундамента.

4.297. Влажность грунта и ее распределение по глубине определяют для образцов, отобранных через 0,5 м и скважине до и после промерзания грунта.

Все данные наблюдений заносятся и журнал (табл. 46).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ КАСАТЕЛЬНОЙ СИЛЫ ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

4.298. Механическое взаимодействие фундамента и пучащегося при промерзании грунта в лабораторных условиях моделируется контактной задачей. Этот метод определения удельной касательной силы пучения τ^н основан на эквивалентности касательной силы пучения и так называемого устойчивого сопротивления сдвигу модели мерзлого грунта относительно фундамента.

4.299. Значение устойчивого сопротивления сдвигу определяется в лаборатории из испытания по продавливанию модели фундамента, вмороженной боковой поверхностью в грунт, с постоянной скоростью перемещения, близкой к скорости морозного пучения грунта, моделируемой в природной обстановке.

4.300. При испытании сопротивления сдвигу сдвигающее усилие по мере увеличения перемещения модели фундамента относительно мерзлого грунта сначала возрастает, а затем убывает и, стабилизируясь, достигает значения устойчивого сопротивления сдвигу.

Устойчивое сопротивление сдвигу в опыте фиксируют в момент, когда перемещение модели фундамента относительно мерзлого грунта достигает 10 мм.

4.301. Удельное значение устойчивого сопротивления сдвигу τ_у, кг/см² определяют отношением расчетной величины устойчивого сопротивления сдвигу Р, кг, действующего на модель фундамента при указанных в п. 4.299 условиях, к площади боковой поверхности F, см², смерзшейся с грунтом;

(85)

4.302. Температура, влажность (льдистость) образца грунта (заданного гранулометрического состава) и скорость его перемещения по модели фундамента, определяющие условия проведения испытании, устанавливают в соответствии с природными условиями обследуемой строительной площадки.

ПРИБОРЫ

4.303. Для исследования устойчивого сопротивления сдвигу мерзлого грунта относительно модели фундамента рекомендуется применять механизированный динамометрический пресс (конструкция ЦНИИС Минтрансстроя).

4.304. Механизированный динамометрический пресс (рис. 37) состоит из двух стоек, опорной балки, измерительного устройства - динамометра, электромотора, редуктора, рабочей платформы, имеющей вертикальные перемещения с необходимой заданной скоростью.

Рис. 37. Схема динамометрического пресса для определения сопротивления сдвигу мерзлого грунта по модели фундамента конструкции ЦНИИС Минтрансстроя
1 - стойка пресса; 2 - опорная балка; 3 - динамометр; 4 - электромотор; 5 - редуктор; 6 - рабочая платформа; 7 - регулировочная гайка; 8 - гнездо для крепления динамометра; 9 - самописец: 10 - стопорная накладка; 11 - форма-кольцо с образцом грунта и моделью фундамента; 12 - индикатор часового типа; 13 - хомутик для крепления индикаторов; 14 - наголовник модели фундамента

Пресс запрограммирован на пять скоростей перемещения рабочей платформы: 0,2; 1; 5; 10; 20 мм/сутки. Переключение скоростей производится сменой парных шестерен. Максимальное перемещение рабочей платформу равно 60 мм. Перемещение платформы в процессе проведения испытаний осуществляется с помощью электромотора, а для установления пресса в рабочее положение предусмотрена возможность подъема и опускания платформы вручную. Перемещение и закрепление балки на необходимом уровне в зависимости от высоты исследуемых моделей фундамента производится вручную с помощью регулировочных гаек.

4.305. Измерительным устройством служат образцовые динамометры типа ДОСМ, рассчитанные на нагрузки 0,5; 1; 3 или 5 т с точностью измерения порядка 0,5%. Динамометр закрепляется на опорной балке в специальном гнезде. Показания динамометра посредством системы рычагов передаются на самописец, где усилие фиксируется на ленте с увеличением деформации динамометра в 100 раз.

Величина смещения мерзлого грунта относительно модели фундамента измеряется индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

4.306. Исследуемый образец грунта и модель фундамента размещаются в форме (рис. 38), которая имеет: наружное кольцо диаметром около 105 мм и высотой 80 мм; поддон с отверстием для модели и вкладышем, используемым при замораживании грунта; модель фундамента, изготовляемую из дерева, бетона и других материалов диаметром 40 мм и высотой 120 мм.

Рис. 38. Форма для замораживания образца грунта с моделью фундамента
1 - кольцо; 2 - поддон; 3 - модели фундамента; 4 - термопара

4.307. Температура воздуха в холодильной камере контролируется показаниями ртутных термометров и термографом. Температура образца грунта измеряется термопарой, размещаемой на контакте грунта с поверхностью модели фундамента.

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ

4.308. Перед укладкой грунта собирают форму: кольцо надевается на поддон, в отверстие поддона снаружи устанавливают вкладыш, верх которого с поверхностью поддона образует углубление (2-3 мм) для центрирования и устойчивости положения модели в форме. На внутреннюю поверхность поддона укладывается в виде кольца промасленная бумага или резиновая пленка. Затем в углубление поддона устанавливают модель фундамента, поверхность которой предварительно увлажняется (модель в течение суток выдерживается в воде).

При укладке в форму сильно увлажненного грунта щели между кольцом, поддоном и вкладышем рекомендуется замазывать техническим вазелином.

4.309. В форму укладывают грунт с нарушенной структурой и заданной влажностью W₁ соответствующей природной. Если влажность образца грунта меньше заданной влажности, то до укладки грунта в форму в него добавляют необходимое количество воды g_в, которое рассчитывают по формуле

(86)

где g₁ - вес образца грунта вас природной весовой влажностью W₁, %;

W₂ - влажность грунта, при которой должно проводиться испытание, в %.

После добавления требуемого количества воды грунт тщательно перемешивают до получения однородной массы. В связи с потерями влаги от испарения при перемешивании и укладке грунта в прибор значение W₂ рекомендуется принимать на 2-3% больше заданной влажности.

4.310. Перед укладкой грунта в форму берут 2-3 контрольные пробы на влажность. Данные о влажности грунта записывают в журнал (табл. 48).

Таблица 48 (Форма)

Журнал записи влажности образцов грунта

Площадка_________________

Выработка № _____________

Дата проходки_____________

Дата определения влажности при укладке грунта в форму

№ образца

Глубина отбора образца h, м

Грунт

Природная влажность талого грунта W₁, %

Расчетная влажность W₂, %

Контрольные пробы влажности талого грунта перед укладкой грунта в форму

Влажность мерзлого грунта W_с на контакте с моделью фундамента

верх

середина

низ

среднее значение

верх

середина

низ

среднее значение

Укладку грунта производят послойно (в 1-2 см) с приданием образцу необходимой плотности. Высота образца грунта в форме должна быть 6-7 см. Для уменьшения испарения влаги поверхность грунта прикрывают слоем промасленной бумаги или резиновой пленкой.

4.311. Заложенный в форму грунт замораживают в холодильной камере при условии одностороннего его промораживания (сверху). Для этого форму устанавливают в ящик с теплоизолирующим материалом, которым тщательно изолируются стенки и дно прибора. Продолжительность промораживания грунта принимают от 2 до 4 суток в зависимости от температуры холодильной камеры.

ПОДГОТОВКА ПРЕССА К ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЙ

4.312. Подготовкой пресса к проведению испытании предусматриваются проверка работы узлов пресса и его тарировка, которая сводится к установлению зависимости между величиной нагрузок, прикладываемых к динамометру, и перемещениями пера самописца (с часовым механизмом), имеющим недельный ход.

4.313. Перед тарировкой необходимо проделать следующие подготовительные операции:

установить на рабочую платформу стальную наставку с углублением для шарика, располагаемого между динамометром и наставкой;

подвести наставку с шариком к нижней загрузочной площадке динамометра, перемещая рабочую платформу вручную так, чтобы шарик соприкасался с динамометром;

завести часовой механизм и установить стрелку самописца в исходное положение на 3-5 мм от низа барабана;

включить электродвигатель.

При включении электродвигателя рабочая платформа будет перемещаться вверх и через наставку и шарик будет оказывать давление на динамометр, упирающийся в неподвижную опорную балку.

4.314. Основная задача в процессе тарировки заключается в одновременной записи показаний динамометра и самописца.

При достижении нагрузкой максимального значения (для данного типа динамометра) электродвигатель выключают. После соответствующего переключения электромотора платформа опускается, а нагрузка на динамометр уменьшается. В процессе обратного хода также снимают одновременные показания динамометра и самописца.

4.315. Тарировку для каждого динамометра выполняют не менее 3-4 раз при заданной температуре испытания. Результаты тарировки наносят на график. В случае неудовлетворительного разброса тарировочных точек необходимо установить и устранить причины неисправности в записывающей системе и повторить тарировку.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИИ

4.316. Образец грунта с моделью фундамента после полного промерзания при данной температуре устанавливают на рабочую платформу пресса.

На цилиндр формы сверху надевают хомут с индикаторами часового типа, а на модель фундамента устанавливают наголовник с хомутом (см. рис. 37); в концы хомута упирают ножки индикатора. После этого ослабляют стопорные накладки и рабочую платформу вручную поднимают до соприкосновения через шарик модели фундамента с нижней загрузочной площадкой динамометра. Таким образом, платформа будет поставлена в исходное положение, в котором она закрепляется с помощью стопорных накладок. Затем устанавливают перо самописца в исходное положение. После выдерживания в течение 3-4 ч образца грунта в форме при заданной температуре и проверки температуры грунта по термопаре включают электродвигатель и приводят во вращение систему передаточных шестерен, устанавливаемых в зависимости от требуемой скорости подъема рабочей платформы.

Таблица 49 (Форма)

Журнал записи показаний температуры воздуха, образца грунта и его перемещения относительно модели фундамента

Образец___________________

Дата начала замораживания_________________

Дата окончания замораживания______________

Дата и время проведения испытания	Температура воздуха по термометру в °С	Показания гальванометра	Температура образца грунта в °С	Показания индикаторов на форме			Величина перемещения в мм
Дата и время проведения испытания	Температура воздуха по термометру в °С	Показания гальванометра	Температура образца грунта в °С	правый	левый	среднее значение	Величина перемещения в мм

Таблица 50 (Форма)

Условия опыта

Время проведения опыта t ______________________________________________________

Влажность талого грунта W______________________________________________________

Влажность мерзлого грунта W_c___________________________________________________

Температура воздуха в камере q_min, q_max, q_cp ________________________________________

Температура образца грунта q_min, q_max, q_cp _________________________________________

Скорость перемещения образца грунта v___________________________________________

Величина перемещения образца грунта относительно модели фундамента ______________

Средняя высота образца грунта h _________________________________________________

Внутренний диаметр кольца d_к___________________________________________________

Диаметр модели фундамента d_ф __________________________________________________

Площадь смерзания F___________________________________________________________

Вес образца с формой g_и________________________________________________________

Вес формы с моделью фундамента g_з_____________________________________________

Вес образца грунта g_г_p__________________________________________________________

Объем образца грунта V_o________________________________________________________

Объемный вес талого грунта _________________________________________________

Журнал записи результатов испытания устойчивого сопротивления сдвигу

Образец №___________

Дата и время проведения испытаний	Отсчет по динамометру в мм	Отсчет по самописцу в мм	Суммарное сдвигающее усилие на прессе в кг	Боковая поверхность смерзания в см²	Устойчивое сопротивление сдвигу t_у, кг/см²

4.317. По время испытания образца систематически записывают показания индикаторов, установленных на форме и динамометре самописца, термопары и термографа.

Все отсчеты рекомендуется производить круглосуточно с интервалом времени от 1 до 3 ч в зависимости от скорости перемещения образца грунта по модели фундамента. Опыт считается законченным при величине смещения модели фундамента относительно грунта, равной 10 мм.

Данные о температурах воздуха, грунта и перемещениях, а также условия опыта и результаты испытания устойчивого сопротивления сдвигу записывают в журнал (табл. 49, 50).

4.318. По окончании испытания пресс разгружают, ослабляют стопорные накладки и рабочую платформу вручную опускают в исходное положение. После снятия хомутика с индикатора форму разбирают, для чего рекомендуется небольшой подогрев кольца. Освободив от поддона и кольца образец грунта, измеряют его высоту. Измерение высоты образца грунтов производят в 5-6 точках вокруг модели с точностью до 1 мм.

4.319. Влажность мерзлого грунта на контакте с боковой поверхностью модели фундамента определяют как среднюю из трех проб, взятых из контактной зоны грунта - из верхней, средней и нижней части модели фундамента. Для этого вскрытый образец грунта разрезается ножом вдоль образующей модели фундамента на две части, одна из которых освобождается от модели. Данные о влажности мерзлого грунта записывают в журнал (табл. 48).

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

4.320. Удельное значение устойчивого сопротивления сдвигу t_у определяют как среднюю величину из трех-четырех испытаний при одинаковых условиях опыта: заданных температуре t_ср, влажности W_с и скорости перемещения v рабочей платформы с образцом грунта относительно модели фундамента.

4.321. Значения t_у, соответствующие частным значениям t_ср, W_с используются при расчете фундаментов на действие касательных сил пучения для определенных природных условий с теми же характеристиками исходных данных, включая состав грунта.

4.322. При освещении строительных площадок с переменными значениями температуры, влажности и скорости морозного пучения грунта возникает необходимость установления зависимости величины t_у от изменения температуры, влажности, скорости пучения. В этом случае проводят серию испытаний, в каждой из которых выявляется значение t_у в зависимости от изменения в заданных пределах одной из характеристик при постоянстве двух других. Если каждая из трех характеристик (t_ср, W_с, v) получает в опыте п разных заданных значений при m-кратном повторении каждого опыта (m = 3¸4), то общее число испытаний для одной грунтовой разности достигает N = m3ⁿ.

4.323. По результатам серий испытаний строятся графики зависимости t_у от t_ср, W_с, v. Для построения каждой такой кривой требуется не менее трех точек, поэтому п ³ 3.

4.324. Выполнение большого числа испытаний п, требующееся для установления функции t_у = f(t_ср,W_с,v), всегда оправдывается в случае освещения пучинистых свойств грунтов больших территорий, осваиваемых строительством.

4.325. В предлагаемой методике определения t_у предполагалась однородность гранулометрического состава грунтов. При наличии на осваиваемой территории нескольких грунтовых разновидностей испытания проводятся для каждой из них.

ВЯЗКОСТЬ ВКЛЮЧЕНИЙ ЛЬДА

4.326. Расчет по второму предельному состоянию оснований с включением льда производится из условий ограничения осадки, вызванной вязким течением льда за заданный период времени.

4.327. При расчетах осадки лед рассматривают как нелинейно вязкое тело. Основные параметры деформативности такого льда п и К_л, необходимые для расчета его осадки, определяются из условия, что при установившемся течении коэффициент вязкости льда равен:

(87)

где q - температура льда в °С без учета знака минус;

Т - интенсивность касательных напряжении в кг/см²;

п - безразмерный показатель степени, характеризующий нелинейную зависимость скорости вязкого течения льда от нагрузки; его определяют экспериментально;

К_л - параметр, характеризующий вязкость льда; он зависит от структуры и температуры льда; измеряется в

Параметры К_л и п определяются из лабораторных испытаний льда на вдавливание штампа или одноосное сжатие.

ПРИБОРЫ

4.328. При испытаниях льда на одноосное сжатие и вдавливание штампов могут быть использованы гидравлические и электромеханические прессы различной конструкции, а также рычажные прессы, используемые для испытаний грунтов.

Приборы должны обеспечивать возможность деформирования образца на величину, не меньшую 20% его первоначальной высоты. Наиболее удобно использовать рычажные прессы с секторными рычагами на 0,5 и 1 т конструкции Гидропроекта. Из гидравлических прессов используются испытательные машины, оборудованные холодильным шкафом (например, испытательные машины ДМК-30 t).

4.329. Приборы оборудуются устройствами для измерения осевых и радиальных деформаций образца. Для таких измерений используют индикаторы часового типа с ценой деления 0,002 мм или, как исключение, с ценой деления 0,01 мм.

4.330. На одноосное сжатие испытывают образцы льда цилиндрической формы с диаметром 50 мм и высотой 100 мм. При испытаниях вдавливанием штампов используют цилиндрические образцы, диаметр которых составляет 10 d, а высота 5 d (d - диаметр штампа). Рекомендуется принимать d = 50 мм. Подготовка образцов льда производится в соответствии с указаниями пп. 4.2-4.4.

4.331. При проведении испытаний образцов льда следует обращать внимание на параллельность торцовых поверхностей образца и его центровку по отношению к штампу испытательной машины. В центре штампа наносится кольцевая риска имеющая размер диаметра образца, по которой устанавливается образец. Торцы образца тщательно зачищаются мелкой наждачной бумагой.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.332. При испытаниях на ползучесть определяют значения скорости относительной деформации установившегося течения льда при различных напряжениях. По результатам таких испытаний рассчитывают характеристики вязкости льда.

4.333. Опыты проводят с серией идентичных образцов льда. Образцы испытывают при различных, но постоянных в течение каждого опыта напряжениях и при неизменной для данной серии опытов температуре льда. Значения задаваемых давлений (не менее трех) ориентировочно определяются следующим образом: наибольшее давление принимают равным где q - температура образца без учета знака минус. Последующие давления приближенно принимают соответственно 0,75 и 0,5 от наибольшего. В процессе опыта ведут измерения осевых и радиальных деформаций.

4.334. Испытания допускается проводить при одном значении температуры q, равном одной трети ее значения на глубине 10 м.

4.335. При каждой нагрузке испытывают не менее трех образцов льда. Количество повторных опытов увеличивают, если полученные результаты определений скорости установившегося течения v (мм/мин) различаются более чем на 20%.

4.336. При испытаниях льда на ползучесть площадь поперечного сечения образца, по мере его деформирования, может значительно изменяться. Если площадь изменяется по сравнению с первоначальной более чем на 5%, то для сохранения в опыте постоянства напряжения s нагрузка Р должна увеличиваться в соответствии с ростом рабочей площади образца. Изменение действующей нагрузки достигается применением автоматического устройства; при его отсутствии изменение нагрузки производят вручную обычной догрузкой.

4.337. Измерение деформации ползучести начинают с того момента, когда нагрузка достигает заданной величины.

Результаты измерения записывают в журнал (табл. 51).

Таблица 51 (Форма)

Данные наблюдений при испытаниях льда на ползучесть

Площадь образца F, см²_____________________

Напряжение s, кг/см²_______________________

Начальная нагрузка P=Fs, кг_________________

Дата

Время взятия отсчета ч, мин

Время начала опыта t_i, мин (ч)

Время между отсчетами Dt = t_i - t_i_-₁мин (ч)

Показания измерительных приборов

Абсолютная деформация образца

Приращение деформации Dl = l_i - l_i_-₁

Скорость осевой деформации мм/мин

Нагрузка Р, кг

Температура q, °С

Примечания

осевая l_i

радиальная l_р_i

осевая

радиальная

Характер разрушения, время появления трещин, наличие перекоса и т. д.

4.338. В процессе опыта для каждого интервала времени между регистрацией деформаций определяют скорость деформирования v, мм/мин:

(88)

где l_i - l_i_-₁ - приращение деформации за время t_i - t_i_-₁. Значения v вписывают в журнал (табл. 51).

4.339. Интервалы времени между замерами деформаций зависят от скорости деформирования и стадии ползучести.

На стадии неустановившейся ползучести отсчеты производят через каждую минуту, а затем по мере уменьшения скорости деформирования промежутки времени между отсчетами последовательно увеличивают и принимают равными Dt_i = 2Dt_i_-₁, т. е. отсчеты производят через интервалы времени в 2, 4, 8, 15, 30 мин, 1, 2 ч и т. д. При этом приращение деформации за время t_i₊₁- t_i не должно быть менее 0,005 мм. В противном случае время между отсчетами увеличивают.

4.340. Если не менее чем при трех последующих отсчетах скорости деформирования окажутся одинаковыми, то считают, что наступила стадия течения с постоянной скоростью.

4.341. На станции течения с постоянной скоростью деформации измеряют через равные промежутки времени Dt = const, при этом Dt принимают равным интервалу времени между последними отсчетами на стадии неустановившейся ползучести.

4.342. Опыт заканчивают, когда не менее чем при пяти последующих отсчетах скорость деформирования остается постоянной.

4.343. При испытаниях вдавливанием штампа опыты проводят по изложенной выше методике с той лишь разницей, что нагрузка в процессе опыта не изменяется.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЯЗКОСТИ ЛЬДА

4.344. Исходными данными для определения характеристик вязкости льда служат значения абсолютной скорости деформации v, мм/мин на стадии установившегося течения.

При испытаниях на одноосное сжатие по опытным значениям скорости v вычисляют относительную скорость установившегося течения

(89)

где h - начальная высота образца в мм.

Для проверки правильности определения относительной скорости v_от по результатам каждого из опытов строят кривую ползучести, т. е. кривую зависимости относительной деформации d от времени t (см. рис. 39). Для этого берут из табл. 51 значения абсолютной осевой деформации l_i, соответствующие значениям времени t_i, и определяют относительную деформации (где h - первоначальная высота образца). По результатам испытаний образцов данной серии получают семейство кривых ползучести, при этом каждая кривая соответствует своему постоянному значению напряжения s₁> s₂> s₃.

Рис. 39. Зависимость относительной деформации льда d от времени t при различных значениях напряжения (s₁> s₂> s₃)

4.345. На каждой из кривых ползучести выделяют линейный участок, соответствующий течению с постоянной скоростью (рис. 39). Затем определяют установившуюся скорость относительной деформации v_от_i = const, численно равную тангенсу угла наклона линейного участка каждой из кривых ползучести к оси абсцисс (времени), т. е. получают ряд скоростей v_от1 = tga₁; v_от2 = tga₂ и т. д. по числу опытов. Эти значения должны совпадать со значениями относительной скорости v_от_i, вычисленными по формуле (89).

4.346. Для определения параметров п и К_л строится график, по оси ординат которого откладывается логарифм установившейся скорости относительной деформации x, пересчитанной в 1/ч, а по оси абсцисс - логарифм соответствующего этой скорости напряжения s (рис. 40).

Рис. 40. Зависимость установившейся скорости относительной деформации от напряжения (в логарифмическом масштабе)

4.347. На основании полученного графика определяют значения расчетных параметров п и К_л данного вида льда при заданной его температуре. Параметр п принимают равным тангенсу угла наклона полученной прямой к оси абсцисс, а К_л рассчитывают по формуле

(90)

где q - абсолютное значение температуры льда в °С без учета знака минус;

x - установившаяся скорость относительной деформации в ч при, s = 1 кг/см², определяемая из рис. 40 как отрезок на оси ординат.

4.348. Обработка результатов испытаний вдавливанием штампа заключается в следующем:

а) строят график развития осадки штампа s, мм во времени t, мин, из которого находят значения установившейся скорости осадки v, мм/мин для различных (не менее трех) напряжений, по аналогии с рекомендациями п. 4.345 для значения d;

б) по полученным значениям v, пересчитанным в см/ч, в логарифмическом масштабе строят зависимость v от s (по аналогии с указаниями п. 4.346, (см. рис. 40). Из этого графика определяют параметр п как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс; параметр К_л вычисляется из выражения

(91)

где v' - скорость установившегося течения, см/ч при s = 1 кг/см², определяемая из графика рис. 40 как отрезок на оси ординат;

d - диаметр штампа, в см;

е - основание натурального логарифма, e^1,6 = 4,95;

q - температура, при которой производились испытания, без учета знака минус, °С.

№ п.п.	Лабораторный №	Геологический индекс	№ выработки	Глубина взятия-образца в м	Номенклатурное название грунта	Криогенная текстура мерзлого грунта		Удельный вес минеральных частиц грунта g_ч, г/см³	Пластичность в %
№ п.п.	Лабораторный №	Геологический индекс	№ выработки	Глубина взятия-образца в м	Номенклатурное название грунта	горизонта (интервала глубин) в мм	слоя в мм	Удельный вес минеральных частиц грунта g_ч, г/см³	граница раскатывания W_p	граница текучести w_t	число пластичности w_п
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

Температура в °С	Теплоемкость воды		Теплоемкость льда	Температура в °С	Теплоемкость воды		Теплоемкость льда	Температура в °С	Теплоемкость воды		Теплоемкость льда
Температура в °С	ниже 0	выше 0	Теплоемкость льда	Температура в °С	ниже 0	выше 0	Теплоемкость льда	Температура в °С	ниже 0	выше 0	Теплоемкость льда
0	1,010	1,010	0,506	10	1,020	1,003	0,487	20	1,030	1,000	0,468
1	1,011	1,009	0,504	11	1,021	1,003	0,485	21	1,031	1,000	0,467
2	1,012	1,008	0,502	12	1,022	1,002	0,483	22	1,032	1,000	0,466
3	1,013	1,008	0,500	13	1,023	1,002	0,481	23	1,033	0,999	0,463
4	1,014	1,007	0,498	14	1,024	1,002	0,480	24	1,034	0,999	0,461
5	1,015	1,006	0,496	15	1,025	1,001	0,478	25	1,035	0,999	0,459
6	1,016	1,005	0,495	16	1,026	1,001	0,476	26	1,036	0,999	0,457
7	1,017	1,004	0,493	17	1,027	1,001	0,474	27	1,037	0,999	0,455
8	1,018	1,004	0,491	18	1,028	1.000	0,472	28	1,038	0,999	0,454
9	1,019	1,004	0,489	19	1,029	1,000	0,470	29	1,039	0,999	0,452

Грунты	Число пластичности	Значения k_н при температуре грунтов в °С
Грунты	Число пластичности	-0,3	-0,5	-1	- 1	-4	-10
Пески	W_п <1	0	0	0	0	0	0
Супеси	1 < W_п <2	0	0	0	0	0	0
»	2 < W_п < 7	0,6	0,5	0,4	0,35	0,3	0,25
Суглинки	7 < W_п < 13	0,7	0,65	0,6	0,5	0,45	0,4
»	13 < W_п < l7	-*	0,75	0,65	0,55	0,5	0,45
Глины	W_п > 7	-*	0,95	0,9	0,65	0,6	0,55

Период опыта	Время в мин	Отсчет по термометру Бекмана	Исходные данные
Начальный	0	1,022	Грунт: суглинок пылеватый Вес образца сухого грунта g_г = 44,6 г Вес бюкса g_б =50,68 г Вес нитрокраски g_н = 0,26 г Начальная температура образца q_обр = -5° С
	1	1,020
	2	1,017
	3	1,015
	4	1,013
	5	1,011
	6	1,009
	7	1,007
	8	1,004
	9	1,000
	10	q₀ = 1,000
Главный	1	0,848	Вес воды в калориметрическом стакане g_к =1200 г Тепловое значение калориметра k = 80 кал/град Удельная теплоемкость калориметрической жидкости (воды) при температуре 17-18° С (по табл. 2) с_к = 1,001 кал/г·град
	2	0,820
	3	0,804
	4	0,793
	5	0,785
	6	0,777
	7	q_n =0,770
Конечный	1	0,772	Удельная теплоемкость материала бюкса (латунь) с_б = 0,09 кал/г Удельная теплоемкость нитрокраски с_н = 0,5 кал/г Значение деления термометра Бекмана при температуре 17-18° С равно 1°С
	2	0,773
	3	0,773
	4	0,775
	5	0,776
	6	0,776
	7	0,778
	8	0,779
	9	0,780
	10	0,780

Объемный вес g_об, т/м³	Суммарная влажность в долях единицы W_с	Коэффициент теплопроводности грунта в ккал/м·ч·град						Объемная теплоемкость грунта в ккал/м³·град
		пески		супеси		суглинки и глины		Объемная теплоемкость грунта в ккал/м³·град
		l_т	l_м	l_т	l_м	l_т	l_м	с_т	с_м
1,2	0,05	0,4	0,52	-	-	-	-	285	260
1,2	0,1	0,62	0,79	0,38	0,45	-	-	320	270
1,4	0,05	0,57	0,69	-	-	-	-	330	300
1,4	0,1	0,87	1,08	0,52	0,69	0,44	0,68	370	315
1,4	0,15	1	1,25	0,71	0,88	0,56	0,84	410	330
1,4	0,2	-	-	0,84	1,05	0,65	0,94	450	345
1,4	0,25	-	-	0,92	1,16	0,72	1	490	360
1,6	0,05	0,75	0,91	-	-	-	-	380	340
1,6	0,1	1,05	1,35	-	-	-	-	430	360
1,6	0,15	1,25	1,6	0,93	1,1	0,72	0,98	470	370
1,6	0,2	1,36	1,73	1,05	1,29	0,88	1,12	520	395
1,6	0,25	1,41	1,82	1,16	1,44	0,96	1,24	565	410
1,6	0,3	-	1,93	1,2	1,55	1	1,3	610	430
1,6	0,35	-	-	1,3	1,65	1,05	1,35	650	445
1,6	0,4	-	-	-	1,72	1,1	1,41	700	465
1,6	0,6	-	-	-	-	-	1,5	-	500
1,8	0,1	1,3	1,6	-	-	-	-	480	400
1,8	0,15	1,55	1,9	1,19	1,31	1	1,23	530	420
1,8	0,2	1,65	2,1	1,34	1,52	1,12	1,38	580	440
1,8	0,25	1,75	2,23	1,43	1,7	1,24	1,53	640	460
1,8	0,3	-	2,23	1,48	1,82	1,28	1,61	690	480
1,8	0,35	-	-	1,51	1,93	1,33	1,66	740	500
1,8	0,4	-	-	-	2	1,4	1,72	795	520
1,8	0,6	-	-	-	-	-	1,8	-	560
2	0,15	1,76	2,2	1,4	1,5	-	-	590	470
2	0,2	2	2,42	1,56	1,75	1,24	1,5	650	490
2	0,25	2,26	2,72	1,73	1,93	1,35	1,65	705	510
2	0,3	-	-	1,8	2,1	1,44	1,75	770	530
2	0,35	-	-	-	-	1,53	1,86	820	555

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И НОМЕНКЛАТУРА МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

КРИОГЕННАЯ ТЕКСТУРА

ОТБОР, УПАКОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ОБРАЗЦОВ МЕРЗЛОГО ГРУНТА

2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ВЛАЖНОСТЬ

льдистость

ОБЪЕМНЫЙ ВЕС

ЗАСОЛЕННОСТЬ

3. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ТЕПЛОЕМКОСТЬ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТЬ

ТЕМПЕРАТУРА НАЧАЛА ЗАМЕРЗАНИЯ ЗАСОЛЕННЫХ ГРУНТОВ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ ПРИБОРОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ГРУНТА И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ ЛАБОРАТОРНЫМ ИСПЫТАНИЯМ

СЖИМАЕМОСТЬ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

СЖИМАЕМОСТЬ ОТТАИВАЮЩЕГО ГРУНТА

СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ НОРМАЛЬНОМУ ДАВЛЕНИЮ

СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕРЗЛЫХ И ОТТАЯВШИХ ГРУНТОВ СДВИГУ

СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕРЗЛОГО ГРУНТА СДВИГУ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ФУНДАМЕНТА

КАСАТЕЛЬНЫЕ СИЛЫ ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ

ВЯЗКОСТЬ ВКЛЮЧЕНИЙ ЛЬДА

№ п.п.	Гигроскопическая влажность в %	Зерновом состав мерзлого грунта (распределение частик по крупности (d, мм) в % к весу сухого грунта)
№ п.п.	Гигроскопическая влажность в %	метод подготовки к анализу	>10	10-2	2-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	< 0,001
1	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

Время в ч	Показания потенциометра в мв	Показание термопар		Установившийся тепловой поток q, ккал/м²·ч	Коэффициент теплопроводности образца l, ккал/м·ч·град
Время в ч	Показания потенциометра в мв	нагревателя	холодильника	Установившийся тепловой поток q, ккал/м²·ч	Коэффициент теплопроводности образца l, ккал/м·ч·град

№ п.п.	Расстояние, от нагревателя до термометра Т'_э	Начальная температура образца в °С	Пересчетный коэффициент термопар	№ проб на определение влажности	Примечание
1	10	11	12	13	14

Напряжение тока нагревателя в вольтах	Длительность теплового импульса в мин	Наблюдения по термопаре Т_э			Наблюдения по термопаре Т'_э			Максимальная температура по термометру Т'_э	Коэффициент теплопроводности в ккал/м·ч·град по определению
		время в мин	показания гальванометра в дел. шкалы	температура q, °с	время в мин	показания гальванометра в дел. шкалы	температура q', °С
		время в мин	показания гальванометра в дел. шкалы	температура q, °с	время в мин	показания гальванометра в дел. шкалы	температура q', °С		основному	контрольному

y	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	1,0000	0,8327	0,7693	0,7229	0,6852	0,6533	0,6253	0,6002	0,5777	0,5570
0,1	0,5379	0,5203	0,5037	0,4881	0,4736	0,4599	0,4469	0,4346	0,4229	0,4117
0,2	0,4010	0,3908	0,3810	0,3716	0,3652	0,3539	0,3455	0,3375	0,3298	0,3223
0,3	0,3151	0,3081	0,3014	0,2948	0,2885	0,2824	0,2764	0,2707	0,2651	0,2596
0,4	0,2543	0,2492	0,2442	0,2394	0,2347	0,2301	0,2256	0,2213	0,2170	0,2129
0,5	0,2089	0,2049	0,2010	0,1973	0,1937	0,1902	0,1867	0,1833	0,1800	0,1767
0,6	0,1735	0,1704	0,1674	0,1645	0,1616	0,1588	0,1561	0,1534	0,1507	0,1481
0,7	0,1456	0,1431	0,1407	0,1383	0,1360	0,1337	0,1315	0,1293	0,1271	0,1250
0,8	0,1230	0,1210	0,1190	0,1170	0,1151	0,1132	0,1114	0,1096	0,1078	0,1061
0,9	0,1044	0,1027	0,1011	0,0995	0,0979	0,0964	0,0949	0,0934	0,0913	0,0905
1,0	0,0891	0,0877	0,0863	0,0850	0,0837	0,0842	0,0811	0,0799	0,0787	0,0775
1,1	0,0763	0,07516	0,0740	0,0729	0,0718	0,0707	0,0697	0,0686	0,0676	0,0666
1,2	0,0656	0,06464	0,0637	0,0627	0,0618	0,0609	0,0600	0,0591	0,0853	0,0574
1,3	0,0566	0,05575	0,0594	0,0541	0,0533	0,0526	0,0518	0,0511	0,0503	0,0496
1,4	0,0489	0,0482	0,0475	0,0468	0,0462	0,0455	0,0449	0,0442	0,0436	0,0430
1,5	0,0424	0,0418	0,0412	0,0406	0,0400	0,0395	0,0389	0,0384	0,0378	0,0373
1,6	0,0368	0,0363	0,0358	0,0353	0,0348	0,0343	0,0338	0,0334	0,0329	0,0325
1,7	0,03201	0,0316	6,0311	0,0307	0,0303	0,0299	0,0295	0,0291	0,0287	0,0283
1,8	0,0279	0,0275	0,0271	0,0268	0,0264	0,0261	0,0257	0,0253	0,0250	0,0247
1,9	0,0243	0,0240	0,0237	0,0234	0,0230	0,0228	0,0225	0,0222	0,0219	0,0216
2,0	0,02128	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Наблюдения
Время в ч	Показания гальваном дел. шкалы	Температура d °С
t'	По термометру Т'_э	q'
0,06	44,7	22,80
0,10	48,4	24,68
0,14	52,7	26,88
0,18	57,3	29,22
0,22	60,6	30,91
0,26	61,4	31,31
0,30	61,2	31,21
0,34	60,6	30,91
t	По термометру Т_э	q
0,20	84,5	43,10
0,24	75,9	38,71
0,28	71,2	36,31
0,32	68,3	34,83
0,36	66,2	33,76

№ опыта	Время в мин	Отсчет по гальванометру в дел. шкалы	Разность температур в °С	ln q	Темп остывания образца h в мин	Коэффициенты
№ опыта	Время в мин	Отсчет по гальванометру в дел. шкалы	Разность температур в °С	ln q	Темп остывания образца h в мин	температурно-проводности а, м²/ч	теплопроводности l, ккал/м·ч·град

Электрод		ТЭДС на 100° разности температуры в мв
положительный	отрицательный	ТЭДС на 100° разности температуры в мв
Хромель	Алюмель	4,1
Железо	Константан	5,37
Медь	»	4,26
Олово	»	3,93
Хромель	Копель	6,95
»	Константан	6,2-6,6

Материал	Удельное сопротивление в ом·мм²/м (при 20°С)	Температурный коэффициент (при 20° С)	Материал	Удельное сопротивление в ом·мм²/м (при 20° С)	Температурный коэффициент (при 20° С)
Константан	0,5	5·10^-6	Сплав № 1 (Х13Ю5)	1,2-1,3	5·10^-5
Манганин	0,45	5·10^-5	Сплав № 2 (3Х25Ю5)	1,3-1,6	5·10^-5
Нейзильбер	1-1,15	4·10^-5	Сплав	1,18-1,363	6·10^-5
Никелин	0,42	3·10^-4	Латунь	0,06-0,09	2·10^-3
Нихром	1-1,15	1,3·10^-4	Медь	0,017	4,3·10^-3
Фехраль	1,2	5·10^-5	Сталь	0,199	1,6·10^-3