Испытание на консолидацию используется для определения скорости и величины оседания грунтов. Значения оседания, полученные при этом испытании, обусловлены только первичной консолидацией, которая составляет 90% от общей консолидации. Результаты испытания на консолидацию очень полезны при проектировании фундаментов.
Оборудование, необходимое для проведения испытания на консолидацию
Консолидометр или одометр
- Консолидационное кольцо
- Два пористых камня
- Две фильтровальные бумаги
- Нагрузочная прокладка
Циферблатный калибр (точность 0,002 мм)
Часы с секундомером
Нож или шпатель или тонкая металлическая проволока
Весы (точность 0,01 г)
Верньерные штангенциркули
Печь
Емкость для воды
Части консолидометра
Процедура испытания на консолидацию
Процедура испытания почвы на консолидацию состоит из следующих этапов:
Первый шаг – сбор образца почвы с помощью металлического кольца для консолидации. Кольцо должно быть чистым и высушенным, его вес, внутренний диаметр и высота измеряются с помощью весов и штангенциркуля соответственно.
Теперь вдавите металлическое кольцо в образец почвы руками и выньте его вместе с образцом почвы.
Образец почвы должен выступать примерно на 10 мм по обе стороны от металлического кольца.
Теперь обрежьте излишки почвы сверху и снизу кольца с помощью ножа, шпателя или тонкой металлической проволоки. Эти излишки почвы можно использовать для измерения содержания воды в образце почвы.
Убедитесь, что на внешней стороне кольца не осталось почвы, и взвесьте металлическое кольцо с образцом почвы.
Возьмите два пористых камня и насытите их кипячением (15 минут) или погружением (от 4 до 8 часов) в дистиллированную воду.
Соберите консолидометр. Расположите части консолидометра снизу вверх в порядке, начинающемся с нижнего пористого камня, фильтровальной бумаги, кольца для образца, фильтровальной бумаги и верхнего пористого камня.
Расположение частей консолидометра
Установите загрузочную площадку на верхний пористый камень и зафиксируйте консолидометр с помощью прилагаемых металлических винтов.
Установите всю сборку на нагрузочную раму и отцентрируйте ее так, чтобы приложенная нагрузка была осевой.
Расположите циферблатный манометр таким образом, чтобы обеспечить достаточное пространство для набухания образца почвы.
Положение циферблатного манометра
Резервуар с водой подключается к установленному узлу для насыщения почвы водой. Уровень воды в резервуаре должен быть на одном уровне с образцом грунта.
Теперь приложите начальную нагрузку, которая не должна допускать набухания почвы. Обычно для обычных почв применяется начальная нагрузка 5 кН/м2 , а для очень мягких почв – 2,5 кН/м2 .
Оставьте нагрузку до отсутствия изменений в показаниях циферблатного манометра или на 24 часа и запишите конечное показание циферблатного манометра для начальной нагрузки.
Приложите первую нагрузку 10 кН/м2 и сразу же запустите секундомер и запишите показания циферблатного манометра через различные промежутки времени. Как правило, показания снимаются через 0,25, 1, 2,5, 4, 6,25, 9, 16, 25, 30 минут, 1, 2, 4, 8, 24 часа.
Обычно первичная консолидация почвы (90% консолидации) достигается в течение 24 часов. Следовательно, показания отмечаются до 24 часов.
Прикладывание нагрузки к консолидометрам
Затем приложите вторую нагрузку с приращением 20 кН/м2 и повторите ту же процедуру, что и на 14-м этапе.
Аналогично приложите нагрузку с приращением 50, 100, 200, 400 и 800 кН/м2 и повторите ту же процедуру, записывая показания.
Когда значения последнего приращения нагрузки будут отмечены, уменьшите нагрузку до ¼ от последнего значения нагрузки и оставьте на 24 часа. В этот момент запишите показания циферблатного манометра. Снова и снова уменьшайте нагрузку и повторяйте процедуру, пока нагрузка не достигнет 10 кН/м2. В каждой точке записывайте конечные показания манометра.
Теперь снимите сборку с нагрузочной рамы и разберите ее.
Выньте кольцо для образца, вытрите излишки воды, взвесьте кольцо для образца и запишите показания.
Наконец, поместите образец в печь и определите сухой вес образца.
Наблюдения при испытании почвы на консолидацию
Наблюдения при испытании на консолидацию следующие
Высота кольца =
Диаметр кольца =
Площадь кольца =
Объем кольца =
Вес кольца =
Удельный вес твердых тел, G =
Вес кольца + образец грунта =
Начальное содержание воды =
Начальная высота образца, H =
Конечное содержание воды =
Конечный вес образца грунта =
Таблица 1: Показания циферблатного манометра для различных нагрузок в разное время
Интенсивность нагрузки (кН/м2) Горизонтальная
10
20
50
100
200
400
800
Интервал времени (вертикальный)
0 минут
0,25 минуты
1,0 минуты
2,5 минуты
4 минуты
6,25 минут
9 минут
16 минут
25 минут
30 минут
1 час
2 часа
4 часа
8 часов
24 часа
Расчеты для испытания почвы на консолидацию
Высота твердых частиц, 
Высота пустот, Hv = H – Hs
Коэффициент пустотности, e = Hv/Hs
Таблица 2: Расчет коэффициента пустотности для различных интенсивностей давления
Интенсивность Давление (кН/м2)
Начальное показание циферблата
Конечное показание циферблата
Высота образца, H
Высота твердых частиц, Hs
Высота пустот, Hv
Коэффициент пустотности, e
Графики для построения
Показания циферблатного манометра в зависимости от логарифма времени – для определения коэффициента консолидации (Cv).
Показания манометра в зависимости от квадратного корня из времени – для определения коэффициента уплотнения (Cv).
Графики зависимости коэффициента пустотности от времени и коэффициента пустотности от эффективного напряжения
Конечное отношение пустот к эффективному напряжению – для определения коэффициента сжимаемости (av) и коэффициента изменения объема (mv).
Конечное отношение пустот к логарифму эффективного напряжения – для определения индекса сжатия (Cc).
Графики зависимости коэффициента пустотности от логарифма эффективного напряжения
Результаты испытания почвы на консолидацию
Испытание почвы на консолидацию дает следующие результаты
Коэффициент сжимаемости (av) =
Коэффициент изменения объема (mv) =
Индекс сжатия (Cc) =
Коэффициент консолидации (Cv) =