Получение данных для расчёта консолидации

Расчёты консолидации обычно производятся на основании теории одномерной консолидации. Поэтому для получения данных о сжимаемости грунта во времени используют одометр, в котором создаются условия компрессионного сжатия, то есть сжатия без возможности бокового расширения → игнорируется боковая деформация грунтового массива. Испытание называется консолидационным и заключается в измерении деформации образца под постоянно действующей одной нагрузкой через определённые промежутки времени.

Альтернативными видами испытаний для получения параметров консолидации могут быть трёхосные испытания и испытания в приборе с постоянной скоростью деформации (CRS).

</aside>

Результатом проведения консолидационных испытаний являются параметры, определяющие скорость, с которой происходит консолидация:

параметр $C_v$ — коэффициент фильтрационной консолидации, показывающий скорость фильтрационной консолидации; подробнее: Коэффициент фильтрационной консолидации
параметр $C_α$ — коэффициент вторичной консолидации или коэффициент ползучести, показывающий, с какой скоростью происходит сжатие за счёт ползучести

Результаты испытаний обрабатывают с помощью специальных процедур подгонки лабораторной кривой к теоретическому решению. Используются два основных метода (по ГОСТ 12248.4-2020):

метод подгонки «корень квадратный из времени» (метод Тейлора, 1948), на основании времени достижения 90% консолидации
логарифмический метод подгонки (метод Казагранде, 1940), на основании времени 50%-й степени консолидации

Метод Казагранде имеет ряд условностей в части определения начала и конца фильтрационной консолидации, поэтому метод Тейлора в этом отношении более строгий. Но в методе Тейлора подгонка производится на основании 90% консолидации, и в этом случае влияние вторичной консолидации (ползучести) будет больше. Отсюда вытекают различия между результатами по этим двум методам.

</aside>

Подгонка кривых осуществляется путём сопоставления кривой теоретического решения $T_v-U$ (фактор времени – степень консолидации) и экспериментальной кривой.

В общем виде зависимость осадки во времени выглядит, как показано на рис. 1а. Обычно для удобства восприятия графика и выделения областей фильтрационной консолидации (линия $C_v$) и вторичной консолидации (линия $C_α$) используют полулогарифмическую шкалу, в которой горизонтальную ось времени представляют в десятичном или натуральном логарифме — рис. 1б.

Рис. 1. Форма отображения экспериментальной консолидационной кривой:
а) в обычном представлении
б) в полулогарифмической шкале
в) характер изменения избыточного порового давления

Рис. 1. Форма отображения экспериментальной консолидационной кривой: а) в обычном представлении б) в полулогарифмической шкале в) характер изменения избыточного порового давления

Важно отметить, что в зависимости от природного напряжённого состояния грунтового основания кривая консолидации может иметь разную форму. Подробнее: Коэффициент фильтрационной консолидации.

Поэтому перед проведением консолидационных испытаний необходимо определить исторические напряжения (давление предуплотнения) по ГОСТ Р 58326-2018. Подробнее: Давление предуплотнения.

</aside>

Природное напряжённое состояние грунтового основания предполагает нормально уплотнённое состояние ($σ_p$ = $σ'_v$) и переуплотнённое состояние ($σ_p$ > $σ'_v$). Здесь $σ'_v$ — бытовые напряжения или напряжения от собственного веса.

В зависимости от прикладываемого в приборе давления могут быть получены три вида консолидационных кривых (в общем виде):

Тип 1 — давление на образец меньше исторического, грунт в переуплотнённом состоянии. Преобладает вторичная консолидация (ползучесть), фильтрационная консолидация происходит очень быстро.
Тип 2 — давление на образец близко к историческому, грунт в большей степени проявляет поведение, характерное для переуплотнённого состояния и частично для нормально уплотнённого состояния.
Тип 3 — давление в приборе превышает историческое давление или чаще давление от собственного веса, грунт в состоянии нормального уплотнения. Преобладает фильтрационная консолидация, в процессе которой частично происходит вторичная консолидация. После завершения фильтрационной части вторичная консолидация продолжается.

Формы консолидационной кривой в общем виде показаны на рис. 2: