Лабораторная работа № 4 Угол естественного откоса песчаного грунта

Углом естественного откоса α песчаного грунта называют максималь­ное значение угла, образованного с горизонтальной плоскостью поверхно­сти грунта, отсыпанного без толчков и динамических воздействий.

По своей величине этот угол близок к углу внутреннего трения, кото­рый является важнейшей характеристикой грунта при расчетах прочности, несущей способности грунта, устойчивости откосов и давления грунтов на ограждения и подпорные стенки. Угол естественного от­коса необходимо знать при проектировании выемок, котлованов, земляных насыпей, плотин, дамб и откосов земляных сооружений. Угол α зависит от крупности и окатанности частиц, плотности и влажности песка. В песчаных грунтах, залегающих ниже уровня грунтовых вод, вода, находящаяся между частицами, действует как смазка, поэтому угол естественного откоса уменьшается.

1.Конструкция прибора

Прибор (см. схему) состоит из подставки 4 с мерной рейкой 2, на которой нанесены деления, соответствующие значениям угла естественного откоса, и конусообразной обоймы 3. Прибор в сборе устанавливают в прозрачную банку 1.

Песок

3

Схема установки

2. Методика проведения работы

Определение угла естественного откоса грунта в сухом состоянии

Собрать прибор и установить его в прозрачную банку. Засыпать в обойму песчаный грунт до уровня наиболее узкой части обоймы. Аккуратно снять обойму и по рейке 2 определить значение угла естественного откоса в уровне вершины песчаного конуса. Опыт делают 3 раза. Расхождение между повторными определениями не должно превышать 2°, (см. таблицу)

Определение угла естественного откоса под водой

Порядок проведения опыта тот же, но в банку 1 налить воду (до уровня горловины конусообразной обоймы после засыпки сухого песчаного грунта в обойму). Угол α считывают сквозь воду после того, как осядут взвешенные частицы грунта. Опыт выполняют 3 раза.

Оценка угла естественного откоса

№пп.	Сухой песок		Под водой
	Угол в градусах	Среднее значение угла	Угол в градусах	Среднее значение угла
1	41		27
2	42	41	29	28
3	40		28

Вопросы для самопроверки

1. Что понимают под уголом естественного откоса?

2. Для чего необходимо знать угол естественного откоса?

3. Опишите методы определения угла естественного откоса.

4. Можно ли указанными методами определять угол естественного откоса глинистых грунтов?

5. Чему равно максимально возможное значение угла естественного откоса для сыпучих грунтов в сухом состоянии?

Лабораторная работа № 5 Сопротивление грунта сдвигу

Основным прочностным показателем любых материалов, в том числе и грунтов, является их сопротивление сдвигу, определяемому удельным сцеплением С и углом внутреннего трения φ.

(5.1)

где τ- удельное сопротивление грунта, кПа; С - удельное сцепление, кПа; σ - удельное нормальное давление, кПа; tgφ= f - коэффициент внутреннего трения; φ - угол внутреннего трения.

Отрезок, отсекаемый прямой на горизонтальной оси, называют давлением связности Р_е:

Р_е = С / tg φ= C ∙ ctg φ (5.2)

Для идеально сыпучих (несвязных) грунтов C= 0 и прямая τ= f(σ) (рис. 5.1) исходит из начала координат (прямая а) = tg  .Для идеально связных грунтов (φ= 0) зависимость τ= f(σ) имеет вид прямой линии, параллельной оси σ и отсекающей на вертикальной оси τ отрезок С (прямая б) = C.

σ

Рис. 5.1. Зависимость сопротивления сдвига

от величины нормального давления

Цель работы - для грунта определить сцепление С, угол внутреннего трения φ, коэффициент внутреннего трения f и давление связности P_e = С / tg φ.

1. Методика проведения работы на приборе плоскостного среза конструкции Н.Н. Маслова.

Сопротивление грунта сдвигу определяют в приборе плоскости среза (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Прибор плоскостного среза конструкции Н.Н. Маслова

Прибор состоит из массивной неподвижной нижней станины 3, в которую сверху вставляют цилиндрическую гильзу 2 площадью 40 см². В нижней части прибора имеется подвижная каретка 1, которая может перемещаться в горизонтальном направлении. Вертикальное давление на образец 9, помещенный в гильзу 2, передается штампом 4 от рычажного пресса 5 с соотношением рычагов 1:10. Горизонтальное сдвигающее усилие прикладывают к каретке 1 через ворот 7 с соотношением радиусов барабанов 1:10. Грузы укладывают на подвески 6 и 8.

В гильзу 2 отобрать образец ненарушенной структуры и установить ее на прибор, так чтобы оси гильзы и каретки совпадали. На образец установить штамп 4, легким надавливанием усадить образец до упора, положить на подвеску 6 груз требуемой массы, под этим давлением образец выдерживают до прекращения вертикальных деформаций (2мин.). Не снимая вертикального давления, к образцу прикладывают ступенями горизонтальное сдвигающее усилие до разрушения образца. Сдвигающее усилие следует прикладывать ступенями по 5-10 кПа до момента резкого сдвига каретки (около 10мм). Результаты испытаний заносят в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Результаты испытаний

Масса груза на подвеске m1, кг	Удельное вертикальное давление σ, кПа	Масса груза на подвеске ворота m2, кг	Удельное сдвигающее усилие, τ, кПа
4	100	4,2	105
8	200	6,0	150
12	300	7,8	195

2.Обработка результатов опыта

Удельное сдвигающее усилие определяют по формуле

τ= m₂ ·10 · g / А (Па)= 0,001 · m₂ · 10 · g (кПа)= 25 · m₂ (кПа), (5.3)

где m₂ - масса груза на подвеске ворота, кг; 10 - отношение радиусов барабанов ворота; g - ускорение силы тяжести; А= 40 см² = 40 · 10^{- 4} м² сечение образца.

По результатам опыта строят график (рис.5.3).Определяемые характеристики сдвиги занести в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Значение характеристик сдвига

Удельное сцепление С, кПа	Коэффициент внутреннего трения f= tg φ	Угол внутреннего трения φ	Давление связности Pe, кПа
60	0,45	24	133

τ

200

φ

100

С

σ

P_e= 133 0 100 200 300

Рис.5.3. Графическое изображение характеристик сдвига