+7 (8412) 999-189
8 800 200 1605
(звонок по России бесплатный)

Общие положения

Прочность грунта определяется его сопротивлением сдвигу при действии касательных напряжений и определяется таким состоянием грунта, при котором максимальное касательное напряжение остается постоянным на плоскости скольжения (разрушения). Определяют три различных значения прочности: пиковое, критическое (или предельное) и остаточное.

Испытания грунтов при определении их прочности проводится в лабораторных условиях в приборах различной конструкции: прямого (одноплоскостного среза), трехосного сжатия, чистого сдвига. На рис. по-

Одноплоскостной срез

Чистый сдвиг

казаны схемы испытаний в условиях одноплоскостного среза и чистого сдвига, а на рис. в условиях трехосного сжатия.

 

Трехосные (осевая симметрия)

Параметры используемые для анализа:

· девиаторное напряжение

· деформация сдвига

· нормальное напряжение

· объемная деформация

· поровое давление

· коэффициент пористости

Прямой или чистый сдвиг

Параметры используемые для анализа:

· касательное напряжение

· деформация сдвига

· нормальное напряжение

· объемная деформация

· коэффициент пористости

Невозможно построить круги Мора из испытаний на сдвиг пока не будут измерены напряжения на вертикальных плоскостях.

Согласно ГОСТ 12248 – 96 /1/ испытания образцов грунта для определения характеристик прочности и деформируемости немерзлых пылевато-глинистых грунтов проводятся с использованием следующих методов:

  • одноосного сжатия;

  • компрессионного сжатия;

  • одноплоскостного среза;

  • трехосного сжатия.

1. Метод одноплоскостного среза

Испытание грунта методом одноплоскостного среза проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивление грунта срезу угла внутреннего трения удельного сцепления c для песков (кроме гравелистых и крупных), глинистых и органо-минеральных грунтов.

Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образца относительно другой его части касательной нагрузкой при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза.

Испытания образцов грунта проводят по двум режимам нагружения сдвигающей нагрузкой. В первом случае, применяется статическое нагружение ступенями с выдержкой на каждой ступени до условной стабилизации деформаций. Во втором случае, применяется кинематическое нагружение, непрерывно с заданной скоростью движения (табл. 2) срезной коробки прибора. Эти условия нагружения реализуются в двух приборах различной конструкции, которая приведена на рис. 1,2 и рис. 3.

Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном напряжении. Для определения и необходимо провести не менее трех испытаний при различных значениях нормального напряжения.

Испытания проводят по следующим схемам:

- консолидированно-дренированное испытание - для песков и глинистых грунтов независимо от их степени влажности в стабилизированном состоянии;

Рис. 2. Общий вид прибора одноплоскостного среза

- неконсолидированно-недренированное испытание - для водонасыщенных глинистых и органо-минеральных грунтов в нестабилизированном состоянии и просадочных грунтов, приведенных в водонасыщенное состояние замачиванием без приложения нагрузки.

Рис. 3. Прибор одноплоскостного среза с кинематическим нагружением

1.1. Консолидированно-дренированные испытания

Hа образец грунта передают то же нормальное давление, при котором происходило предварительное уплотнение грунта, за исключением образцов просадочного грунта, испытываемых в водонасыщенном состоянии. В этом случае нормальное давление при срезе должно составлять 0,1; 0,2; 0,3 МПа.

Hормальную нагрузку передают на образец в одну ступень и выдержают ее не менее:

  • 5 мин - для песков;

  • 15 мин - для супесей;

  • 30 мин - для суглинков и глин;

При передаче касательной нагрузки ступенями их значения должны составлять 5% от значения нормальной нагрузки, при которой производят срез. Hа каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций среза через каждые 2 мин, уменьшая интервал между измерениями до 1 мин в период затухания деформации до ее условной стабилизации.

За критерий условной стабилизации деформации среза принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм/мин.

При непрерывно возрастающей касательной нагрузке скорость среза должна быть постоянной и соответствовать указанной в таблице 1.

Таблица 1

Грунты Скорость среза, мм/мин
Пески 0,5
Супеси 0,1
Суглинки 0,05
Глины с 30% 0,02
Глины с 30% 0,01

Испытание следует считать законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез (срыв) одной части образца по отношению к другой или общая деформация среза превысит 5 мм.

При проведении среза с постоянной скоростью за окончание испытаний принимают момент, когда срезающая нагрузка достигнет максимального значения, после чего наблюдается некоторое ее снижение или установление постоянного значения, или общая деформация среза превысит 5 мм.

1.2. Неконсолидированно-недренированные испытания

Hа образец грунта передают сразу в одну ступень нормальное давление при котором будет производиться срез образца. Значения принимают по таблице 2.

Если при давлениях 0,125 и 0,15 МПа происходит выдавливание грунта в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, необходимо их уменьшить на 0,025 МПа.

Сразу после передачи нормальной нагрузки приводят в действие механизм для создания касательной нагрузки и производят срез образца грунта не более чем за 2 мин с момента приложения нормальной нагрузки.

При передаче касательной нагрузки ступенями их значения не должны превышать 10% значения нормального давления, при котором производится срез, и приложение ступеней должно следовать через каждые 10-15 с.

При передаче непрерывно возрастающей касательной нагрузки скорость среза принимают в интервале 2-3 мм/мин так, чтобы срез проходил в течение указанного времени.

Таблица 2

Грунты Hормальное давление МПа
Глинистые и органо-минеральные грунты с показателем текучести:  
0,5 0,1; 0,15; 0,2
0,51,0 0,05; 0,1; 0,15
1,0 0,025; 0,075; 0,125

По измеренным в процессе испытания значениям касательной и нормальной нагрузок вычисляют касательные и нормальные напряжения и  .

Определение необходимо проводить не менее чем при трех различных значениях

По измеренным в процессе испытания значениям деформаций среза соответствующим различным напряжениям строят график зависимости (рис. 4).

Рис. 4. Графическое представление результатов испытаний

 

За сопротивление грунта срезу принимают максимальное значение полученное по графику или диаграмме среза на отрезке не превышающем 5 мм.

Если возрастает монотонно, то за сопротивление грунта срезу следует принимать при = 5 мм.

Угол внутреннего трения и удельное сцепление определяют как параметры линейной зависимости

(1)

Угол внутреннего трения и удельное сцепление МПа, вычисляют по формулам:

(2)

где - опытные значения сопротивления срезу, определенные при различных значениях и относящиеся к одному инженерно-геологическому элементу или отдельному монолиту грунта (при 3);

- число испытаний.

2. Метод компрессионного сжатия

Испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости модуля деформации структурной прочности на сжатие коэффициентов фильтрационной и вторичной консолидации и для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов с показателем текучести 0,25, органо-минеральных и органических грунтов, относительного суффозионного сжатия и начального давления суффозионного сжатия для засоленных (содержащих легко- и среднерастворимые соли) песков (кроме гравелистых), супесей и суглинков.

Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах) (рис. 5) или компрессионно-фильтрационных приборах (для определения характеристик суффозионного сжатия), исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой.

Диапазон давлений, при которых проводят испытания, определяется в программе испытаний или принимается в пределах полуторного значения проектного давления на грунт.

Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или водонасыщенные или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

Рис. 6. Общий вид компрессионного прибора

 

Первую ступень давления при испытании песков, в том числе заторфованных, принимают в зависимости от коэффициента пористости по таблице 3, а последующht="17" v:shapes="_x0000_i1070" src="determ_methods.files/clip_image052.gif" />= 5 РјРј.

Угол внутреннего трения и удельное сцепление определяют как параметры линейной зависимости

(1)

Угол внутреннего трения и удельное сцепление МПа, вычисляют по формулам:

(2)

где - опытные значения сопротивления срезу, определенные при различных значениях и относящиеся к одному инженерно-геологическому элементу или отдельному монолиту грунта (при 3);

- число испытаний.

2. Метод компрессионного сжатия

Р