Одометрический тест

Два одометра в Кембриджском университете

Одометрическое испытание — это своего рода геотехническое исследование, выполняемое в геотехнической инженерии , которое измеряет грунта консолидации свойства . Испытания на одометре проводятся путем приложения различных нагрузок к образцу грунта и измерения реакции на деформацию . Результаты этих испытаний используются для прогнозирования того, как почва в поле будет деформироваться в ответ на изменение эффективного напряжения .

Одометрические испытания предназначены для моделирования одномерной деформации и условий дренажа , которые испытывают почвы в полевых условиях. Образец почвы при испытании на одометре обычно представляет собой круглый диск с соотношением диаметра к высоте примерно 3:1. Образец удерживается в жестком ограничительном кольце, которое предотвращает боковое смещение образца грунта, но позволяет образцу набухать или сжиматься вертикально в ответ на изменения приложенной нагрузки. известные вертикальные напряжения К верхней и нижней поверхностям образца прикладывают , обычно с использованием свободных грузов и рычага . Приложенное вертикальное напряжение варьируется и измеряется изменение толщины образца.

Для образцов, насыщенных водой, пористые сверху и снизу образца помещают камни, чтобы обеспечить дренаж в вертикальном направлении, и весь образец погружают в воду, чтобы предотвратить высыхание. Образцы насыщенной почвы демонстрируют явление консолидации, при котором объем почвы изменяется постепенно, что дает запоздалую реакцию на изменение приложенных ограничивающих напряжений. Обычно это занимает минуты или часы с помощью одометра, и регистрируется изменение толщины образца со временем, что позволяет измерить коэффициент консолидации и проницаемость почвы.

Этимология

Слово одометр ( / i ˈ d ɒ m ɪ t ər / ee - DO -mi-tər , иногда / oʊ ˈ d ɒ m ɪ t ər / oh -DO -mi-tər ) происходит от древнегреческого οἰδέω ( oidéō ' набухать») и существительное oídēma «набухание», ^[1] который также используется в английском языке в том же значении, что и edema . ^[2]

Его не следует путать с похожим, но несвязанным словом «одометр» , происходящим от древнегреческого ὁδός ( «ходос » «путь»), которое относится к устройству для измерения расстояния, пройденного транспортным средством. ^[3]

История

Эксперименты по консолидации впервые были проведены в 1910 году Фронтардом. Тонкий образец (толщиной 2 дюйма и диаметром 14 дюймов) разрезали и помещали в металлический контейнер с перфорированным дном. Затем этот образец постепенно загружали через поршень, позволяя достичь равновесия после каждого приращения. Во избежание высыхания глины испытание проводили в помещении с повышенной влажностью. ^[4]

Карл фон Терцаги начал свои исследования консолидации в 1919 году в Роберт-колледже в Стамбуле. ^[4] Благодаря этим экспериментам Терзаги начал развивать свою теорию консолидации , которая в конечном итоге была опубликована в 1923 году.

Массачусетский технологический институт сыграл ключевую роль в первых исследованиях консолидации. И Терзаги, и Артур Касагранде работали в Массачусетском технологическом институте: Терзаги с 1925 по 1929 год, а Касагранде с 1926 по 1932 год. За это время методы тестирования и аппаратура для тестирования консолидации были усовершенствованы. ^[5] Вклад Касагранде в технику одометрических испытаний включает «метод Касагранде» для оценки давления предварительного уплотнения образца естественной почвы. ^[6] Исследования были продолжены в Массачусетском технологическом институте в 1940-х годах Дональдом Тейлором . ^[7]

И Британский институт стандартов , и ASTM имеют стандартизированные методы испытаний одометром. ASTM D2435/D2435M-11 охватывает испытания одометром путем постепенной нагрузки. ASTM D3877, ASTM D4546 и AASHTO T216 также предоставляют соответствующие процедуры для проведения других подобных испытаний для определения характеристик консолидации грунтов. ^[8] BS 1377-5:1990 является соответствующим британским стандартом для испытаний одометром; Более широкая серия BS 1377 также предоставляет справочную информацию и рекомендации по подготовке проб для различных геотехнических исследований. ^[9] Существует также два стандарта ISO по одометрическим испытаниям: ISO 17892-5:2017 по одометрическим испытаниям с возрастающей нагрузкой; ^[10] и BS EN ISO 17892-11:2019 охватывает различные методы испытаний на проницаемость грунта, включая одометрические испытания насыщенных образцов. ^[11]

Оборудование

Одометр в основном состоит из трех компонентов: «ячейки консолидации», в которой хранится образец почвы, механизма для приложения известного давления к образцу и инструмента для измерения изменений толщины образца. ^[12]

Оборудование, необходимое для проведения одометрических испытаний, иногда называют «комплектом для одометрических испытаний». Типичный инвентарь лаборатории одометров включает в себя: ^[13]

1 х скамейка
3 х одометра
3 ячейки диаметром 50 мм, 63,5 мм или 75 мм.
3 циферблатных индикатора, аналоговых или цифровых
1 х набор грузов

Ячейка консолидации — это часть одометра, которая удерживает образец почвы во время испытания. В центре ячейки консолидации находится кольцо для проб, в котором удерживается образец почвы. Кольцо для проб обычно имеет форму формочки для печенья с острым краем с одной стороны, поэтому кольцо можно использовать для вырезания образца почвы из более крупного куска естественной почвы. Два кусочка пористого камня, плотно прилегающие к кольцу образца, обеспечивают отвод воды к образцу почвы, одновременно удерживая его механически. Все эти компоненты помещаются в цилиндр большего размера, который имеет канавки для обеспечения выравнивания компонентов и обеспечивает подачу и дренаж воды во внешнюю водопроводную систему. Жесткий нагрузочный колпачок устанавливается поверх образца почвы и создает сжимающую нагрузку на почву. ^[12]^[14]

Механизм нагружения одометра прикладывает к образцу почвы известную сжимающую нагрузку и, следовательно, известное сжимающее напряжение, поскольку диаметр фиксирован. Большинство одометров достигают этого с помощью рычага и набора свободных грузов : свободные веса создают известную гравитационную нагрузку, а плечо рычага умножает и передает нагрузку на образец почвы. ^[15]

Процедуры тестирования

Существует множество одометрических тестов, которые используются для измерения свойств консолидации. Наиболее распространенным типом является тест с возрастающей нагрузкой (IL). ^[16]

Подготовка проб

Испытания проводятся на образцах, приготовленных из ненарушенных образцов. Жесткое ограничительное кольцо с острым краем используется для отрезания образца почвы непосредственно от более крупного куска почвы. Избыток почвы аккуратно срезают, оставляя образец с соотношением диаметра к высоте 3 или более. Пористые камни помещаются сверху и снизу образца для обеспечения дренажа. Затем поверх верхнего пористого камня помещается жесткая загрузочная крышка. Для насыщенных образцов почвы важно погрузить все кольцо образца в воду, чтобы предотвратить высыхание образца. ^[16]

Инкрементная загрузка

Затем эту сборку помещают в загрузочную раму. На раму устанавливаются грузы, оказывающие нагрузку на почву. Сжатие образца измеряется с течением времени с помощью циферблатного индикатора. Наблюдая за изменением значения отклонения во времени, можно определить, когда образец достиг конца первичной консолидации. Затем на почву немедленно кладут еще один груз, и этот процесс повторяется. После приложения значительной общей нагрузки нагрузка на образец постепенно уменьшается. Использование коэффициента приращения нагрузки 1/2 обеспечивает достаточное количество точек данных для описания взаимосвязи между коэффициентом пустот и эффективным напряжением для грунта. ^[16]

Результаты

Одометрические испытания предоставляют инженерам очень полезные данные об испытуемом грунте.

Коэффициент объемной сжимаемости

$m_{v}={\frac {\Delta e}{1+e_{0}}}{\frac {1}{\Delta \sigma _{v}^{'}}}$ получено из теста одометра

$\Delta H=m_{v}{\sigma _{v}^{'}}H_{0}$ Применяется к слою в поле (см. рисунки)

Свойства консолидации

Давление предварительного уплотнения σ' _p^[17]
- Эффективное напряжение, которое отмечает границу между жесткой и мягкой деформационной реакцией грунта на нагрузку.
- Обычно указывает на высокие нагрузки в прошлом от ледников или эродированных слоев.
Индекс рекомпрессии C _R = Δ e /Δlogσ' _v^[18]
- Как грунт будет менять объем (оседать) под нагрузками меньшими, чем давление предварительного уплотнения
- Может использоваться для аппроксимации отека из-за разгрузки.
Индекс сжатия C _C = Δ e /Δlogσ' _v^[18]
- Как грунт изменит объем (осядет) под нагрузкой, превышающей давление предварительного уплотнения
Продолжительность первичной консолидации t _p^[19]
Индекс вторичного сжатия C _α = Δ e /Δlog t ^[19]
- Как грунт будет менять объём (оседать) под постоянной нагрузкой

См. также

Ссылки

^ Лидделл, Генри. «οἴδ-ημα» . Греко-английский лексикон . Пучки . Проверено 8 декабря 2019 г.
^ «Одометр | Определение одометра на английском языке в Оксфордских словарях» . Оксфордские словари | Английский . Архивировано из оригинала 6 апреля 2019 года . Проверено 6 апреля 2019 г.
^ «Одометр | Определение одометра на английском языке в Оксфордском словаре» . Оксфордские словари | Английский . Архивировано из оригинала 6 апреля 2019 года . Проверено 6 апреля 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б Бьеррум, Лауритс; Касагранде, Артур; Пек, Ральф; Скемптон, Алек. (1960). От теории к практике механики грунтов . (стр. 44) John Wiley & Sons, Inc.
^ Бьеррум, Лауритс; Касагранде, Артур; Пек, Ральф; Скемптон, Алек. (1960). От теории к практике механики грунтов . (стр. 6-7) John Wiley & Sons, Inc.
^ «Коэффициент давления земли в состоянии покоя», « Геотехнические корреляции почв и горных пород » , John Wiley & Sons, Inc., 01.06.2018, стр. 73–75, doi : 10.1002/9781119482819.ch8 , ISBN 9781119482819
^ Тейлор, Дональд В. (1942). Исследования по консолидации глин . Массачусетский технологический институт
^ «ASTM D2435 / D2435M - 11 стандартных методов испытаний свойств одномерного уплотнения грунтов с использованием постепенной нагрузки» . www.astm.org . Проверено 7 апреля 2019 г.
^ «BS 1377-5:1990 – Методы испытаний грунтов для целей гражданского строительства. Испытания на сжимаемость, проницаемость и долговечность – Британские стандарты BSI» . shop.bsigroup.com . Проверено 7 апреля 2019 г.
^ «BS EN ISO 17892-5:2017 — Геотехнические исследования и испытания. Лабораторные испытания грунтов. Одометрические испытания с инкрементной нагрузкой» . shop.bsigroup.com . Проверено 7 апреля 2019 г.
^ «BS EN ISO 17892-11:2019 Геотехнические исследования и испытания. Лабораторные испытания грунтов. Испытания на проницаемость» . shop.bsigroup.com . Проверено 7 апреля 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б Сьюрсен, Мортен Андреас; Дивик, Руне. «Лабораторный тест — одометрический тест» (PDF) . Норвежский геотехнический институт . Проверено 14 апреля 2019 г.
^ «Тестовый комплект одометра с фронтальной загрузкой» . www.cooper.co.uk . Технология исследований Купера . Проверено 5 сентября 2014 г.
^ «Ячейка консолидации с плавающим кольцом» . www.humboldtmfg.com . Проверено 14 апреля 2019 г.
^ «Консолидация почвы – одометры» . www.pcte.com.au. Проверено 14 апреля 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Терцаги, Карл; Пек, Ральф; Месри, Голамреза (1996). Механика грунтов в инженерной практике (3-е издание). (Статья 16.9) Wiley-Interscience
^ Терцаги, Карл; Пек, Ральф; Месри, Голамреза (1996). Механика грунтов в инженерной практике (3-е издание). (Статья 16.4) Wiley-Interscience
^ Jump up to: ^а ^б Терцаги, Карл; Пек, Ральф; Месри, Голамреза (1996). Механика грунтов в инженерной практике (3-е издание). (Статья 16.6) Wiley-Interscience
^ Jump up to: ^а ^б Терцаги, Карл; Пек, Ральф; Месри, Голамреза (1996). Механика грунтов в инженерной практике (3-е издание). (Статья 16.7) Wiley-Interscience

[1] Лидделл, Генри. «οἴδ-ημα» . Греко-английский лексикон . Пучки . Проверено 8 декабря 2019 г.

[2] «Одометр | Определение одометра на английском языке в Оксфордских словарях» . Оксфордские словари | Английский . Архивировано из оригинала 6 апреля 2019 года . Проверено 6 апреля 2019 г.

[3] «Одометр | Определение одометра на английском языке в Оксфордском словаре» . Оксфордские словари | Английский . Архивировано из оригинала 6 апреля 2019 года . Проверено 6 апреля 2019 г.

[theory44-4] Jump up to: ^а ^б Бьеррум, Лауритс; Касагранде, Артур; Пек, Ральф; Скемптон, Алек. (1960). От теории к практике механики грунтов . (стр. 44) John Wiley & Sons, Inc.

[theory6-7-5] Бьеррум, Лауритс; Касагранде, Артур; Пек, Ральф; Скемптон, Алек. (1960). От теории к практике механики грунтов . (стр. 6-7) John Wiley & Sons, Inc.

[6] «Коэффициент давления земли в состоянии покоя», « Геотехнические корреляции почв и горных пород » , John Wiley & Sons, Inc., 01.06.2018, стр. 73–75, doi : 10.1002/9781119482819.ch8 , ISBN 9781119482819

[taylor-7] Тейлор, Дональд В. (1942). Исследования по консолидации глин . Массачусетский технологический институт

[8] «ASTM D2435 / D2435M - 11 стандартных методов испытаний свойств одномерного уплотнения грунтов с использованием постепенной нагрузки» . www.astm.org . Проверено 7 апреля 2019 г.

[9] «BS 1377-5:1990 – Методы испытаний грунтов для целей гражданского строительства. Испытания на сжимаемость, проницаемость и долговечность – Британские стандарты BSI» . shop.bsigroup.com . Проверено 7 апреля 2019 г.

[10] «BS EN ISO 17892-5:2017 — Геотехнические исследования и испытания. Лабораторные испытания грунтов. Одометрические испытания с инкрементной нагрузкой» . shop.bsigroup.com . Проверено 7 апреля 2019 г.

[11] «BS EN ISO 17892-11:2019 Геотехнические исследования и испытания. Лабораторные испытания грунтов. Испытания на проницаемость» . shop.bsigroup.com . Проверено 7 апреля 2019 г.

[:0-12] Jump up to: ^а ^б Сьюрсен, Мортен Андреас; Дивик, Руне. «Лабораторный тест — одометрический тест» (PDF) . Норвежский геотехнический институт . Проверено 14 апреля 2019 г.

[13] «Тестовый комплект одометра с фронтальной загрузкой» . www.cooper.co.uk . Технология исследований Купера . Проверено 5 сентября 2014 г.

[14] «Ячейка консолидации с плавающим кольцом» . www.humboldtmfg.com . Проверено 14 апреля 2019 г.

[15] «Консолидация почвы – одометры» . www.pcte.com.au. Проверено 14 апреля 2019 г.

[mesri16.9-16] Jump up to: ^а ^б ^с Терцаги, Карл; Пек, Ральф; Месри, Голамреза (1996). Механика грунтов в инженерной практике (3-е издание). (Статья 16.9) Wiley-Interscience

[17] Терцаги, Карл; Пек, Ральф; Месри, Голамреза (1996). Механика грунтов в инженерной практике (3-е издание). (Статья 16.4) Wiley-Interscience

[mesri16.6-18] Jump up to: ^а ^б Терцаги, Карл; Пек, Ральф; Месри, Голамреза (1996). Механика грунтов в инженерной практике (3-е издание). (Статья 16.6) Wiley-Interscience

[mesri16.7-19] Jump up to: ^а ^б Терцаги, Карл; Пек, Ральф; Месри, Голамреза (1996). Механика грунтов в инженерной практике (3-е издание). (Статья 16.7) Wiley-Interscience

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]