В соответствии о представлениями Н.М. Герсеванова (1930) процесс осадки, проекающий в грунте под жестким фундаментом и моделируемый с помощью нагрузок на штамп, характеризуется несколькими стадиями:

Стадия уплотнения (участок 1) характеризуется деформациями сжатия скелета грунта, выражающимися в уменьшении пористости. Эту стадию характеризует прямолинейная (либо близкая к ней) зависимость S =f (P ).

Стадия сдвигов (участок 2) соответствует предельному равновесию грунта. Кривая S =f (Р) приобретает криволинейный характер, что свидетельствует о возникновении местных сдвигов, развивающихся в первую очередь по краям подошвы фундамента.

Стадия разрушения (участок 3) характеризуется полным разрушением боковых стенок грунта, т.е. отвечает деформациям, сопутствующим образованию поверхностей скольжения. Конусообразный уплотненный объем грунта перемещается со штампом вниз, почти не встречая сопротивления, а боковой выпор пород из-под штампа происходит свободно. Этот процесс сопровождается резким возрастанием деформаций при незначительном увеличении нагрузок либо незатухающими деформациями при постоянном значении нагрузок.

Накопленный к настоящему времени опыт исследований грунтов статическими нагрузками свидетельствует о значительном влиянии размеров штампа на деформацию изучаемых пород. Впервые такие опыты осуществил Пресс (1930) на сухих мелкозернистых песках и влажных песчаных глинах с помощью квадратных штампов разной площади. Он показал, что для песков осадка не зависит от площади штампа с размерами от 18 х 18 см до 30 х 30 см, а при уменьшении или увеличении площади штампа по сравнению с производной осадка возрастает при одинаковых удельных, давлениях, передаваемых на штамп. Для глин размеры такого штампа оказались значительно меньше 30x30 cм.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

Положение пунктов проведения испытаний зависит от глубины заложения фундаментов проектируемого сооружения, ориентировки и конфигурации фундамента, распределения нагрузок, степени однородности разреза пород, залегающих в основании сооружения. В плане точки опытов желательно располагать непосредственно на оси фундамента либо на расстоянии не далее 3 м от ранее пройденных разведочных выработок. При сложном геологическом строении выработка проходится непосредственно вблизи пункта испытания, при этом ее глубина должна на 2 м превышать глубину установки штампа. Обычно выбор оборудования определяется положением уровня грунтовых вод. Если отметка проведения испытания находится выше уровня грунтовых вод, испытания проводятся в шурфах, если ниже, то для опытов целесообразно использовать скважины. Желательно, чтобы до проходки шурфа хотя бы в трех его углах было проведено статическое или динамическое зондирование с целью установления однородности механических свойств грунтов в выбранном пункте.

Испытаниям подвергают все основные несущие слои грунтов. Если зона уплотнения сферы взаимодействия представлена одним достаточно однородным слоем, грунта, то испытания проводят на одной глубине, соответствующей отметке заложения основных фундаментов. При неоднородном основании, сложенном несколькими слоями, состоящими из грунтов с различными свойствами, испытывают все встреченные слои. Расстояние между точками опробования по вертикали в одной выработке должно быть вдвое больше диаметра штампа, но не менее 0,6 м.

Получаемый по результатам испытаний график S =f(Р) часто отличается от идеализированной кривой. Ниже приведены графики, встречающиеся на практике (рис. 2). Рассмотрим наиболее характерные.

Рис. 2. Графики S = f (Р) : 1 - отсутствие осадки на первых ступенях, нагрузки; 2 - преувеличение осадки на первых ступенях нагрузки; 3 - неравноверный прирост осадок по ступеням нагрузок.

1. На первых ступенях нагрузки осадки отсутствуют, и кривая графика начинается не с нуля (см. рис. 2, кривая 1). Отсутствие осадки на первых ступенях пытаются объяснить 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 (+ ΔS_Н) должна быть учтена при интерпретации результатов и прибавлена к общей осадке грунтов под штампом, а график должен быть параллельно перенесен вниз.

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

3. Осадки, закономерно возрастающие с увеличением нагрузки, при достижении некоторого давления начинают уменьшаться и кривая графика становится более пологой (см. рис. 2, 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.