Испытания в условиях одноплоскостного среза

В опытах на прямой срез (по ГОСТ 12248-96 одноплоскостной срез) прочность грунта определяется его сопротивлением сдвигу при действии касательных напряжений и при таком состоянием грунта, когда максимальное касательное напряжение остается постоянным на плоскости среза. В зависимости от конструкции приборов плоскость среза может быть горизонтальной или наклонной. 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, чистого сдвига и трехосного сжатия. В табл. 1 приведены три наиболее часто применяемых на практике вида испытаний песчаных и глинистых грунтов с целью определения их прочности.

Табл. 1 . Вид испытания и параметры используемые для анализа

Вид испытания

Параметры

Прямой срез

· касательное напряжение ;

· деформация сдвига ;

· нормальное напряжение ;

· объемная деформация ;

· коэффициент пористости

Трехосное сжатие

· девиатор напряжения (;

· деформация сдвига (;

· нормальные напряжения ;

· объемная деформация ;

· поровое давление

Схемы нагружения образцов грунта в приборах прямого среза, чистого сдвига и трехосного сжатия показаны на рис. 2, 3.

Рис. 1. Схемы нагружения образцов грунта в условиях: а – прямого среза; б – чистого сдвига: а – схема действия усилий на образец грунта; б – схема деформации образца при прямом сдвиге

Рис. 2. Отображение зависимости предельного касательного напряжения от нормального давления: а – трехосное сжатие; б – прямой срез

В условиях прямого среза образец грунта подвергается действию постепенно возрастающих касательных напряжений , при постоянном нормальном напряжении . Рост касательных напряжений приводит к возникновению двух деформаций, горизонтальной деформации и вертикальной деформации (рис. 2 а). Вертикальная деформация может быть положительной (сжатие) или отрицательной (расширение). В плотном песке и переуплотненной глине при сдвиге наблюдается увеличение высоты образца на величину , а в рыхлом песке и нормально уплотненной глине имеет место уменьшение высоты образца на величину . В первом случае объем образца грунта при сдвиге увеличивается, а во втором случае уменьшается. Процесс увеличения объема образца грунта при сдвиге называется дилатанцией, а уменьшения объема при сдвиге контракцией. Дилатанция грунта характерезуется углом дилатанции, .

Рис. 3. Изменение объема образца при сдвиге

 

Дилатанция характеризуется ростом прочности грунта до пика и последующей ее уменьшения до остаточного значения при больших деформациях сдвига (рис. 4 б). Наличие «холмика» на графиках зависимости обусловлено возникновением эффекта дилатанции. Если в опытах на прямой срез измерить изменение объема образца грунта (рис. 2 а), то можно определить параметр, называемый углом дилатанции, который определяется из выражения

. (1)

В выражении (1) значения и определяются при пике касательных напряжений.

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. В общем случае определяются следующие параметры прочности.

Табл. 1. Параметры, определяемые из испытаний

Тип нагружения

Параметры прочности

Статическое нагружение

- критическое значение угла внутреннего трения, ;

- критическое значение сил сцепления,

Кинематическое (непрерывное) нагружение

- пиковое значение угла внутреннего трения, ;

- критическое значение угла внутреннего трения, ;

- остаточное значение угла внутреннего трения, ;

- критическое значение сил сцепления, ;

- остаточное значение сил сцепления, ;

- угол дилатанции,

Эти параметры могут быть определены с использованием приборов прямого среза конструкции ООО «Геотек». На рис. 4 и 5 приведен общий вид приборов при статическом (рис. 4) и непрерывном нагружении (рис. 5).

Рис. 4. Прибор одноплоскостного среза с деформацией среза до 25 мм

Рис. 5. Срезной прибор с кинематическим нагружением от 0,01 мм/мин до 5 мм/мин

Прибор с непрерывным нагружением (рис. 5) применяется с целью определения параметров прочности, которые приведены в табл. 1.

В приборе при статическом нагружении (рис. 4) можно определить только два параметра прочности:

- критическое значение угла внутреннего трения, ;

- критическое значение сил сцепления, .

Преимущество приборов с непрерывным нагружением заключается еще в том, что они позволяют исследовать влияние скорости сдвига на параметры прочности.

Приборы прямого среза ООО «Геотек» входят в состав ИВК АСИС. В процессе автоматизированных испытаний измеряются параметры, приведенные в табл. 2.

Табл. 3. Датчики и контролируемые параметры

Датчики

Измерение/контроль

Разрешение

Датчик силы

Нормальное напряжение

0,2 кПа

Датчик силы

Касательное напряжение

0,05 кПа

Датчик горизонтальных

перемещений LVDT

Деформация сдвига

0,001%