Обработка результатов. 
Испытания грунтов

По результатам испытания грунтов статическими нагрузками оценивают их сжимаемость, количественной характеристикой которой служит модуль деформации Е. Для вычисления модуля деформации строят график зависимости осадки от давления, откладывая по оси абсцисс значения Р (в масштабе 1см — 0,025 МПа) и по оси ординат соответствующие им условно стабилизированные значения S (в масштабе 1 см — 1 мм осадки). Через нанесенные на график четыре опытные точки каждой ступени нагрузки необходимо провести осредненную прямую методом наименьших квадратов.

За начальные значения Р ₀ и S₀ (первая точка, включаемая в осреднение) следует принимать давление, равное природному давлению Р_б и соответствующую осадку; за конечные значения Р_П и S_П — значения Р_i и S_i, соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке.

Если при давлении Р_i приращение осадки будет вдвое больше, чем для предыдущей ступени давления Р_i-1, а при следующей ступени давления Р_i+1 приращение осадки будет равно или больше приращения осадки при Р_i, то зa конечное значение Р_n и S_n следует принимать Р_i-1 и S_i-1. При этом число включаемых в осреднение точек должно быть не менее трех. В противном случае при испытании грунта необходимо применять меньшие по величине ступени давления. Для построения осредняющей прямой допускается использование графических методов.

Модуль деформации грунта E следует вычислять для прямолинейного участка графика S =f (Р) по формуле:

где — коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,27 для крупнообломочных грунтов; 0,30 — для песков и супесей; 0,35 — для суглинков; 0,42 — для глин;

К_p - коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа h/D (h — глубина расположения штампа относительно поверхности грунта, см; D — диаметр штампа, см);

К₁ — коэффициент, принимаемый равным 0,79 для жесткого круглого штампа;

P — приращение давления на штамп, МПа, равное p_n-p₀;

S — приращение осадки штампа, соответствующее р, см, определяемое по осредняющей прямой.

Коэффициент К_p принимают равным 1 при испытаниях грунтов штампами в котлованах, шурфах и дудках. При испытаниях грунтов винтовым штампом в буровых скважинах ниже забоя и в массиве без бурения скважин коэффициент К_p принимают в зависимости от отношения h/D по таблице 7, где h — глубина расположения штампа относительно поверхности грунта, см.

При испытаниях грунта штампом типа III в забое буровых скважин, допускается принимать коэффициент К_р равным 1 независимо от h/D.

Таблица 7 — Значения коэффициента К_р

Результаты определения модуля деформации следует выражать с точностью: 1,0МПа при Е > 10,0МПа; 0,5МПа при Е = 2,0ч10,0МПа и 0,1МПа при E < 2,0МПа.

Получаемый по результатам испытаний график S =f (Р) часто отличается от идеализированной кривой. Ниже приведены графики, встречающиеся на практике (рисунок 9). Рассмотрим наиболее характерные.

На первых ступенях нагрузки осадки отсутствуют, и кривая графика начинается не с нуля (см. рисунок 9, кривая 1).

Рисунок 9 — Графики S = f (Р): 1 — отсутствие осадки на первых ступенях, нагрузки; 2 — преувеличение осадки на первых ступенях нагрузки; 3 — неравномерный прирост осадок по ступеням нагрузок.

Отсутствие осадки на первых ступенях объясняют тем, что измерительные приборы устанавливаются после монтажа всей установки, и, таким образом, возможны осадки под действием веса установки, которые не были измерены в процессе нагружения первыми ступенями давления. Однако некоторые исследователи считают, что такое объяснение графика возможно лишь для сильносжимаемых слабых грунтов, так как установки при площади штампа 5000 см² создают давление от собственного веса редко превышающее 0,01 МПа. Они же склонны объяснять это явление свойствами самого грунта, его структурной прочностью, а также тем, что грунт находится в переуплотненном состоянии. В данном случае неизмеренная осадка (+ДS_Н) должна быть учтена при интерпретации результатов и прибавлена к общей осадке грунтов под штампом, а график должен быть параллельно перенесен вниз.

На начальных участках графика наблюдается значительный рост осадки, которая затем уменьшается (см. рисунок 9, кривая 2). Такая осадка является следствием плохой зачистки грунта под штампом либо наличием выступающих твердых включений в породе. При интерпретации графика неизмеренную осадку (-ДS_Н) следует вычесть из общей осадки грунтов под штампом, а исправленный график следует переместить вверх.

Осадки, закономерно возрастающие с увеличением нагрузки, при достижении некоторого давления начинают уменьшаться, и кривая графика становится более пологой (см. рисунок 9, кривая 3). Такой вид графика свидетельствует о наличии на небольшой глубине под штампом либо прослойки более плотного грунта в сжимаемой зоне, либо крупных включений (галек, камней, валунов). Результаты такого испытания не могут быть использованы. Грунт под штампом должен быть проверен путем углубления выработки, а испытание повторено на другом месте.

Обычно график зависимости S=f (P) совмещают с графиками зависимости осадки от времени S=f (t) при каждой ступени нагрузки Р_i = const. При необходимости график S = f (P) дополняют ветвью разгрузки.

Разгрузка штампа производится ступенями, вдвое превышающими ступень нагрузки, наблюдения за восстановлением осадки во времени производится в течение одного часа для каждой ступени разгрузки, а на последней ступени разгружения штампа — в течение 3 ч. Разгрузка позволяет изучить упругие свойства грунта.

При проведении испытаний винтовым штампом (с сохранением природного напряженного состояния грунта) за начальные значения P₀ и S₀ принимают значения P_i и S_i соответствующие первой ступени нагрузки на графике S = f(P).

Кроме определения модуля деформации по данным испытаний грунтов статическими нагрузками на штамп можно оценить осадку грунта под нагрузкой, упругую деформацию грунта, характер развития деформации пород под нагрузкой во времени, критическую (разрушающую) нагрузку, дополнительную осадку (просадку) в просадочных грунтах при их увлажнении под нагрузкой.

Приведем пример обработки результатов испытаний грунта штампом.

По заданию требуется определить модуль деформации по результатам испытания грунта штампом в полевых условиях (график S = f (p), приведенный на рисунке 10).

Рисунок 10 — График испытания грунта штампом. Грунт — глина.

В соответствии с [1], модуль деформации грунта Е вычисляется для прямолинейного участка графика по формуле (1.4).

В случае испытания глины стандартным штампом площадью, А = 5000 см², диаметром d = 0,798 м, модуль деформации будет иметь следующее значение:

.