Министерство образования и науки Российской Федерации
Кубанский государственный
технологический университет
Кафедра кадастра и геоинженерии Механика грунтов
Методические указания и задания для освоения
“Метода определения характеристик прочности глинистых грунтов
в срезном приборе”
для специальностей 270102, 270104, 270105, 270106, 270115, 270205
Краснодар
2008
Общие положения
В процессе эксплуатации зданий и сооружений на грунты, служащие их основанием, действуют не только сжимающие (вертикальные) нагрузки, но и сдвигающие (касательные), под действием которых происходит нарушение прочности грунтов и монолитности зданий и сооружений. Поэтому знание характеристик прочности грунтов, на которых возводятся здания и сооружения, имеет большое практическое значение.
Х а р а к т е р и с т и к а м и п р о ч н о с т и грунтов являются:
– сопротивление грунта срезу τ;
– угол внутреннего трения φ;
– удельное сцепление С.
С о п р о т и в л е н и е м г р у н т а с р е з у называется предельное значение касательного (сдвигающего) давления, при котором происходит его разрушение (срез).
Сопротивление грунта срезу описывается законом Ш.Кулона, который для различных грунтов формулируется следующим образом:
– для связных грунтов предельное сопротивление срезу есть функция первой степени от нормального (вертикального) давления:
пр= tg + C; (1)
– предельное сопротивление сыпучих грунтов срезу есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нормальному (вертикальному) давлению.
пр= tg, (2)
где пр предельное сопротивление грунта срезу при нормальном давлении Р, МПа.
У г л о м в н у т р е н н е г о т р е н и я грунта называется параметр прямой зависимости предельного сопротивления грунта срезу от нормального давления, определяемый как угол наклона этой прямой к оси абсцисс (рисунок 6).
У д е л ь н ы м с ц е п л е н и е м грунта называется параметр прямой зависимости предельного сопротивления грунта срезу от нормального давления, определяемый как отрезок, отсекаемый этой прямой на оси ординат (рисунок 6).
Определение характеристик прочности грунтов производят главным образом срезными испытаниями как непосредственно в горном массиве – п о л е в ы е (натурные) с р е з н ы е и с п ы т а н и я (по ГОСТ 20276-99), так и на отдельных образцах грунтов с ненарушенной (природной) структурой, взятых из горного массива, – л а б о р а т о р н ы е с р е з н ы е и с п ы т а н и я (по ГОСТ 12248-96).
М е т о д и к а о п р е д е л е н и я характеристик прочности грунтов при полевых и лабораторных испытаниях одинакова и заключается в определении предельного касательного давления не менее чем в трех испытаниях одного и того же грунта при различных значениях нормального давления, регистрации величины деформации сдвига и расчете характеристик прочности грунтов.
При этом диапазон значений нормального давления, прикладываемого на испытываемые грунты, определяют заданием проектировщиков или принимают в пределах от 0,025 до 0,5 МПа в зависимости от разновидности грунтов (от числа пластичности IP и показателя текучести IL).
Предельное касательное давление определяют путем сдвига одной части грунта относительно другой по фиксированной плоскости среза увеличивающимся по величине касательным давлением до разрушения (среза) грунта при одновременном его нагружении давлением, нормальным к плоскости среза.
Срезные испытания производят в консолидированном (консолидированный срез) или неконсолидированном (неконсолидированный срез) состоянии грунтов методом ступенчато возрастающего касательного давления (методом СВКД) или методом заданной скорости среза (методом ЗСС).
Лабораторное определение характеристик прочности грунтов производят главным образом с помощью срезных приборов, так как это наиболее доступные, дешевые и распространенные срезные испытания грунтов (рисунки 1-2).
|
|
|
Рисунок 1 – Кинематическая схема рычажных механизмов приложения нормального и касательного давления на грунт в срезных приборах |
1 – верхний подвижный штамп; 2 – рабочее кольцо; 3 – подвижная платформа; 4 – неподвижная платформа; 5 – кольцо неподвижной платформы; 6 – нижний неподвижный штамп; 7 – стол прибора
Рисунок 2 – Схема испытания образца грунта в срезном приборе с верхней подвижной платформой срезной камеры |
При методе СВКД срез грунтов осуществляют ступенями касательного давления с выдержкой каждой ступени до условной стабилизации деформации сдвига при консолидированном срезе, а при неконсолидированном срезе – в течение определенного времени так, чтобы срез грунта происходил не более, чем за 2 мин.
При методе ЗСС срез грунтов осуществляют непрерывно возрастающим касательным давлением с определенной постоянной скоростью среза при консолидированном срезе, а при неконсолидированном срезе – в течение 2 мин.
За окончание испытания грунтов при любом из методов принимают момент, когда касательное давление достигнет максимального значения, после чего наблюдается некоторое его снижение или установление постоянного значения, или общая деформация сдвига превысит нормируемую величину (рисунок 3).
|
Рисунок 3 – Варианты графиков определения предельного сопротивления грунтов срезу по моменту достижения: деформации сдвига, равной 5 мм (кривая 1); постоянства сопротивления грунта срезу (кривая 2); снижения сопротивления грунта (кривая 3) |
У с л о в н о й с т а б и л и з а ц и е й д е ф о р м а ц и и с д в и г а грунта называется деформация сдвига со скоростью равной нулю или меньшей допускаемой при постоянном касательном давлении.
А б с о л ю т н о й д е ф о р м а ц и е й с д в и г а грунта называется величина сдвига одной части грунта относительно другой по плоскости среза.
М о д у л е м с д в и г а грунта называется характеристика его деформируемости, определяемая отношением интенсивности касательного давления к интенсивности деформаций сдвига.
Н о р м а л ь н ы м д а в л е н и е м на грунт называется отношение сжимающей силы, приложенной на грунт, к площади её передачи.
К а с а т е л ь н ы м д а в л е н и е м на грунт называется отношение сдвигающей силы, приложенной на грунт, к площади её действия.