Необходимое оборудование

Сдвижные приборы с наборами гирь. Индикаторы для измерения деформаций. Часы с секундной стрелкой. Образцы глинистого грунта в кольцах - 3 шт.

Подготовительные работы

До начала проведения опыта в сдвижные приборы помещали три одинаковых образца глинистого грунта, где они уплотнялись в течение 24 ч (до полного загасания осадок).

Лабораторная работа № 7

Определение характеристик предельного сопротивления грунта сдвигу (гост 20276-99)

Цель лабораторной работы - определить удельное сцепле­ние и угол внутреннего трения пылевато-глинистого грунта.

Сопротивление сдвигу т_и определяется в условиях предель­ного равновесия грунта и равняется наименьшему касательному напряжению т', при котором грунт, находящийся поднормальным давлением р, разрушается (сдвигается).

В песчаных (несвязных) грунтах сопротивление сдвигу обус­ловлено силами внутреннего трения между частицами грунта.

Сопротивление сдвигу связных грунтов складывается из двух частей: сил внутреннего трения и сил сцепления. Только преодо­лев эти силы, можно вызвать сдвиг одной части грунта относи­тельно другой.

Зависимость между сопротивлением сдвигу и нормальным давлением устанавливается экспериментально.

Предельное сопротивление грунтов сдвигу есть функция пер­вой степени от нормального давления (закон Кулона):

для песчаных грунтов т_и=р • tg ф; для глинистых - т_и=р • tg ф + с;

где х_и - сопротивление сдвигу, МПа; р - нормальное напряжение по площадкам сдвига, МПа; ф - угол внутреннего трения, град; с - удельное сцепление, МПа.

В результате эксперимента получают прочностные характери­стики грунта ф и с. Их используют при определении расчетного сопротивления грунта, оценке устойчивости сооружений и земля­ных откосов, определении бокового давления грунта на ограждаю­щие конструкции и решении ряда других задач.

Различают быстрый сдвиг, когда за время испытаний влажность практически не изменяется (закрытая система), и медленный, когда вода свободно выдавливается из пор грунта (открытая система).

В лаборатории СПбГАСУ опыт проводится по открытой сис­теме в сдвижном приборе ПСГ-2 (рис. 4). Нормальное (вертикаль-

До начала работы необходимо научиться быстро и правильно брать отсчеты по индикатору. Индикатор (рис. 5) - измеритель­ный прибор пружинного типа. На малом круге циферблата I от-считываются целые миллиметры, а на большом 2 - доли милли­метра. Цена деления большого круга - 0,01 мм; тысячные доли при отсчете берутся на глаз. Отсчет снимается по черным циф­рам. Отсчет на рис. 5 равен 2,258 мм.

Рис. 5. Индикатор для измерения деформаций Ход работы

1. В табл. 7.2 записывают вес гирь первой ступени нагрузки (указан в табл. 7.1) и показания индикатора 10.

2. Стопорные винты 5, соединяющие верхнюю б и нижнюю 7 каретки сдвижного прибора, вывинчивают так, чтобы их концы на 3...5 мм не доходили до выступов нижней каретки.

3. На верхнюю резьбовую часть винтов 5 навинчивают гай­ки 8 до упора в перекладину. Затем, придерживая винт за утол­щенную часть с накаткой 9 (чтобы он не вращался), следует обе гайки 8 одновременно повернуть еще на 1-2 оборота так, чтобы между верхней и нижней каретками сдвижного прибора образо­вался зазор I... 1,5 мм.

4. Устанавливают индикатор 10 в специальный держатель так, чтобы ножка индикатора упиралась в верхнюю каретку сдвижного прибора и отсчет по малому лимбу составлял примерно 8...9 мм.

5. Подготавливают гири для передачи на образец первой сту­пени сдвигающей нагрузки (вес гирь указан в табл. 7.1).

Образец № 1 уплотнялся при нормальном давлении р, = 0,1 МПа, образец № 2 - при р_г = 0,2 МПа и № 3 - при р_ъ = 0,3 МПа.

До начала эксперимента нужно перенести в тетрадь табл. 7.1, где указаны величины ступеней сдвигающих нагрузок, подобран­ных так, что приращение касательных напряжений первой ступе­ни составляет q\ = 0,2рА, второй — q₂-0,1 рА, третьей и всех пос­ледующих - q - 0,05 рА.

Таблица 7.1

Затем готовят форму для записи данных, получаемых в ходе проведения опыта (табл. 7.2).

Таблица 7.2

Данные хода опыта по определению предельной сдвигающей нагрузки при нормальном напряжении р = МПа

деформация сдвига 5 после приложения очередной ступени горизонтальной нагрузки не загасает за время / > 8 мин, т. е. за каждую последующую минуту разница 8., - 8_у будет превышать 0,02 мм;

суммарная деформация сдвига Д достигает 4 мм (Д > 4 мм).

10. За предельную сдвигающую нагрузку F_u принимают го­ризонтальную нагрузку перед разрушением образца (без после­дней ступени):

'=>

Касательное напряжение т' в плоскости сдвига, соответству­ющее нагрузке F_u, принимают равным сопротивлению грунта сдви­гу при данном нормальном Напряжении р:

где А - площадь поверхности сдвига, равная 40 см².

Обработка результатов испытаний

Обработка результатов испытаний заключается в определе­нии сопротивления грунта сдвигу х_н при вертикальных напряже­ниях p_vp₂ и/?₃ и построении графика зависимости т„ = /(/>):

1. Результаты всех сдвиговых испытаний заносятся в табл. 7.3.

1. График зависимости т„ -f{p) (рис. 7) строят в одинако­вом масштабе для т и р, который рекомендуется принять:

1. Рычаг передачи горизонтальной нагрузки соединяют тро­сом с верхней кареткой сдвижного прибора, набросив трос на ро­лик каретки.

2. Прикладывают первую ступень q_t сдвигающей силы. Один студент укладывает на подвеску плавно, без удара, гири первой ступени, а другой замечает время. Третий студент через каждые 60 с снимает отсчет (показания) по индикатору и записывает их в табл. 7.2.

Сдвигающую нагрузку выдерживают до тех пор, пока два последующих отсчета по индикатору не будут отличаться друг от друга менее чем на 0,02 мм (два деления по большому лимбу ин­дикатора). После этого, не снимая первой ступени q_t, добавляют вторую ступень нагрузки q₂ (рис. 6).

8. Вторую и все последующие ступени сдвигающей нагрузки q₃ - q. прикладывают и выдерживают так же, как и первую сту­пень.

9. Сдвигающую нагрузку увеличивают до разрушения (сдви­га) образца.

Начало разрушения определяют по двум признакам (см. рис. 6): кривой определяют коэффициент сжимаемости т₀ (по нему - ко­эффициент относительной сжимаемости т~), а затем вычисляют модуль деформации Е, МПа, исходя из следующих зависимостей:

(О

М^{1 + е}о)_Ро ■

Е = -

т_п т..

2-v²

Э₀ = 1-— (2) (принять для песка v = 0,25 , для глины v = 0,35);

Щ

^mo=-—~- (4) Рг ~Р\ ^V '

Здесь Р₀ - безразмерный коэффициент, зависящий от коэффи­циента бокового расширения грунта v; m_v - коэффициент относи­тельной сжимаемости, МПа¹; e_t, е₂ - коэффициенты пористости, соответствующие напряжениям р_х и р_г.

Коэффициент пористости для построения компрессионной кривой в данной работе определяется по изменению в ходе опыта высоты образца грунта.

Кроме определения модуля деформации, в данной работе изу­чается характер развития осадки песчаного и глинистого грунтов во времени.

Деформации образца песчаного грунта происходят очень бы­стро и завершаются (стабилизируются) в течение нескольких ми­нут. В образце глинистого грунта деформации развиваются мед­ленно и заканчиваются через несколько часов (около суток). Ана­логично в натурных условиях: осадка зданий на песчаном основа­нии завершается за период строительства, а на глинистых - про­должается много лет.