ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЖИМАЕМОСТИ ГРУНТА.

Эксплуатационная надежность наземных и подземных сооружений объектов нефтяной и газовой промышленности в большой степени зависит от поведения грунта под нагрузками, создаваемыми этими сооружениями.

Разные грунты обладают различной способностью сжиматься при действии одинаковых нагрузок.

В механике грунтов разработан метод, позволяющий учесть многообразие особенностей каждого конкретного вида грунта.

Этот метод заключается в построении кривой зависимости между напряжениями в скелете σ и изменениями пористости грунта

В лаборатории исследования проводятся на настольном компрессионном приборе одноосного сжатия KПpI, предназначенном для определения показателей компрессионных свойств грунта.

Устройство и принцип работы настольного компрессионного прибора КПр1.

Общий вид компрессионного прибора изображен на рис. 6 . Прибор состоит из следующих основных узлов: стола I, одометра II, секторов в сборе III.

Одометр в собранном виде устанавливается на столб прибора. Положение одометра фиксируется штифтом.

Корпус одометра разъемный, он состоит из днища I (рис. 7), верхней части 5 и перфорированного дна 2.Днище и верхняя часть свинчиваются.

Зажимное кольцо 3 помещается на перфорированное дно и прижимается стяжным кольцом 4.

Перфорированное дно имеет кольцевые и радиальные канавки. Перфорация и канавки служат для подвода воды к основанию пробы при ее замачивании. Замачивание производится через стеклянные трубки длиной 150 мм, соединенные с отводными жесткими резиновыми трубками. Отводы в днище корпуса на рис. 10 не показаны.

Рис. 6. Прибор компрессионный настольный КПрI

1 – днище корпуса одометра, 2 – дно перфорированное, 3 – зажимное кольцо, 4 – стяжное кольцо, 5 – верхняя часть корпуса, 6 – штамп, 7 – арретир, 8 – стойка под индикатор, 9 – консоль индикатора, 10 – индикатор, 11 – стопорный винт.

На образец накладывается штамп 6 (рис.7) и сверху прижимается арретиром 7.

Нагрузка на образец осуществляется грузами, укладываемыми на подвеску 2, через сектор 5 и рамку, состоящую из натяжного винта 8, низшего коромысла 9, стяжек 11, верхнего коромысла 13, упора 14.

Подготовка прибора к работе и указания мер безопасности

1. Проверьте визуально места заправки тросов в наконечниках. Видимого выползания троса не допускается.

2. Отрегулируйте панель стола в горизонтальной плоскости ключом КПр1. Проверку производить уровнем.

3. Проверьте положение грузового троса 4. Трос должен лежать в канавке сектора без перекручивания и изгибов.

4. Уравновесьте сектор перемещением противовеса 16 по резьбе рычага 15.

5. При укладке грузов на подвеску следите, чтобы выступ груза выходил в выточку следующего.

6. Нельзя ставить грузы на подвеску пазами в одном направлении.

7. После проведения опытов грузы уложите на специальную рейку стола.

8. Нельзя рывками бросать грузы на подвеску.

9. Предохраняйте зажимное кольцо одометра от механических повреждений.

10. Запрещается чистить кольцо шкуркой и другими абразивными материалами.

11. Вворачивать перфорированное дно при сборке, регулировке, а так же при разборке только ключом-пластиной.

Подготовка образца

1. Подготовка образца грунта с нарушенной структурой.

Подготовить образец грунта с влажностью, не превышающей предел пластичности (раскатывания). Из приготовленного замеса делают лепешку-монолит толщиной 4,0-4,5 см.

2. Подготовка образца грунта ненарушенной структуры.

Образец грунта, доставленный в лабораторию для компрессионного испытания, должен быть однородным по структуре, без трещин и твердых включений. Образец должен быть не менее 8 см в диаметре и не менее 4-5 см высотой. Визуальная характеристика образца, вместе с данными на его этикетке заносится в специальный журнал регистрации образцов.

3. Загрузка грунта в зажимное кольцо.

Зажимное кольцо 3 (рис. 7) поставьте острым краем на часть монолита и острым ножом удалите лишний грунт с таким расчетом, чтобы кольцо вдавливалось в грунт с небольшим усилием. Срезывание грунта следует производить тонкими слоями, начиная сверху. При этом не допускается перекоса кольца. Во избежание смятия или разрушения образца следует следить за тем, чтобы давление на грунт не было чрезмерным. Когда проба будет врезана до края кольца, поставьте второе кольцо и продолжите врезание до тех пор, пока не заполнит второе кольцо на 5 ... 8 мм.

Снимите верхнее кольцо и срежьте грунт заподлицо с краями зажимного кольца. Зачистку основания образца следует производить специальным зачистным ножом. Применение тонких гнущихся ножей или линеек не допускается.

Закройте тонкой фильтровальной бумагой пробу, врезанную в кольцо.

Порядок работы

1. Поставьте зажимное кольцо с грунтом на перфорированное дно 2.

Введите верхнюю часть корпуса одометра в днище корпуса I. Вверните стяжное кольцо 4 таким образом, чтобы конусом оно прижало зажимное кольцо к дну. Вставьте штамп 6 и наверните арретир 7.

2. Поставьте одометр на панели стола таким образом, чтобы штифт вошел в отверстие днища одометра. '

3. Установите консоли 9 (рис. 7) и индикаторы 10. Настройте индикаторы.

4. Положите в углубление штампа шарик 12 (рис. 7) опустите раму, передающую нагрузку, так чтобы верхняя половина шарика заняла углубление упора 14.

5. Вставьте натяжной винт 8 в нижнее коромысло S и наверните моховичок 10. Освободите сектор от пальца 2, вращением моховичка натяните тяговый трос 7 так, чтобы сектор занял горизонтальное положение•

6. Перед приложением нагрузки проба замачивается водой. Для этого выверните спускную пробку днища одометра. 3 стеклянную трубку, соединенную с нижним отводом осторожно вливайте воду. Вода должна идти полным сечением трубки. Когда в отверстии покажется вода, выверните спускную пробку. В случае, когда после начала замачивания индикатор показывает увеличение высоты образца, необходимо подтянуть арретир. Далее можно нагружать подвеску. Отсчеты по индикатору производите через определенные интервалы нагружения.

Компрессионные испытания грунта проводятся путем приложения к образцу ступенями нагрузки.

Для создания давления 0,25 кг/см² на подвеску следует положить груз массой 1,26 кг, для создания давленая 0,5 кг/см² следует добавить груз массой 1,5 кг. Далее ступени нагрузки прикладываются из расчета 6 кг на 1 кг/см². Ступени нагрузки рекомендуется принимать равными: 0,25; 0,5; 1; 2; 3,5 кг/см² и т.д. . . .

Зная площадь поршня, вычисляем давление q на единицу поверхности грунта.

Так боковое расширение грунта невозможно, то сжимающие напряжения σ в скелете грунта равны по величине q.

Выдерживая каждую ступень нагрузки до полного затухания деформация грунта, замеряют для каждого значения q величину осадки поршня .

Коэффициент пористости после приложения соответствующей ступени нагрузки

,

где  – начальный коэффициент пористости образца до приложения нагрузки;

 – высота образца до опыта, мм.

Данные испытания заносятся в таблицу 15 для всех ступеней нагружения и разгрузки образца грунта.

Таблица 15

№ ступени	Сжимающие напряжения в образце, σ, Н/см2	Нагружение		Разгрузка
		Сжание образца, , мм	Коэфф. пористости,	Сжание образца, , мм	Коэфф. пористости,

Результаты испытания.

Результаты испытаний представляют графически в виде кривой зависимости коэффициента пористости от сжимающих напряжений в скелете образца грунта (рис.8)

По горизонтальной оси откладывается нагрузка, а по вертикальной – коэффициент пористости при данной нагрузке.

Для удобства использования получений данных в практических расчетах можно заменить действительную компрессионную кривую спрямленным участком АВ. Тогда компрессионная зависимость на каждом участке представляется уравнением прямой линии

где  и b - параметры линейной зависимости,

 - обусловливает характер изменения коэффициента пористости на участке изменения напряжения от  до  и представляет собой тангенс угла β  наклона спрямленного участка зависимости  характеризует сжимаемость грунта на рассматриваемом диапазоне напряжений и называется коэффициентом уплотнения.

В зависимости от величины коэффициента уплотнения фунты подразделяются по сжимаемости:

	- грунт сжимаемый;
	- грунт средней сжимаемости;
	- грунт малосжимаемый;

Рис.8. Кривая зависимости коэффициента пористости от приложенной нагрузки