4.2. Испытания прочности пород в выработках (гост20276-99)
Опытные сдвиги, обрушения и выпирания целиков породы в горных выработках и строительных котлованах выполняют с целью определения на месте: 1) прочностных характеристик неоднородных пород, из которых невозможно отобрать образцы ненарушенного сложения (трещиноватые или слабосвязные песчано-глинистые образования); 2) показателей прочности тех пород, для которых при лабораторных способах их получения, эти показатели недостоверны (глинисто-щебенистые отложения, плотные трещиноватые глинистые породы с ясно выраженной структурой, сильно неоднородные песчано-глинистые отложения). Показатели прочности применяют при проектировании фундаментов сооружений для расчета нормативного давления.
4.2.1. Метод среза целиков грунта
Испытания на срез проводят для определения характеристик прочности: сопротивления грунта срезу – угла внутреннего трения φ и удельного сцепления С для крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов в выработке (расчистке, котловане, шурфе и т.д.) по фиксированной плоскости касательной нагрузкой при одновременном нагружении целика грунта нагрузкой, нормальной к плоскости среза.
Для глинистых грунтов по специальному заданию могут быть проведены срез по специально подготовленной плоскости (способ “плашек”) и повторный срез. Эти способы применяют для определения характеристик грунта при наличии в исследуемом массиве плоскостей скольжения или трещиноватости.
Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение (по трем испытаниям целиков), при котором целик грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном давлении.
Испытания выполняют для следующих состояний грунта:
- природного сложения и природной влажности;
- природного сложения с замачиванием до полного водонасыщения;
- насыпных и намывных грунтов независимо от влажности.
Схемы испытаний следующие:
- консолидированный срез (крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов с показателем текучести IL<1) в стабилизированном состоянии;
- неконсолидированный срез (водонасыщенных глинистых грунтов, при Sr>0,85, с показателем текучести IL>0,5) в нестабилизированном состоянии.
Схема установки для сдвига целиков грунта конструкции Фундаментпроекта (по Ю.Г. Трофименкову) на рис.4.8.
Рис. 4.8. Установка для сдвига целиков грунта конструкции Фундаментпроекта.
По Ю.Г. Трофименкову
1 – кольцо-обойма; 2 – штамп; 3 – съемный упор; 4 – гидравлический домкрат;
5 – упорные балки; 6 – винтовые анкерные сваи; 7 – опорная плита
Конструкция установки должна обеспечивать:
- приложение касательной нагрузки в фиксированной плоскости среза или не более чем на 30 мм выше этой плоскости;
- передачу нормальной и касательной нагрузок ступенями или в виде непрерывно возрастающей нагрузки с постоянной скоростью;
- градуировку измерительных приборов и установления поправок на преодоление трения при перемещении кольца (целика) относительно неподвижной части установки.
Прогибомеры для измерения деформаций сжатия и среза целика грунта с погрешностью не более 0,1 мм должны быть надежно закреплены на металлической реперной системе.
На отметке испытания в выработке вырезают целик грунта с помощью кольца, смазанного с внутренней стороны вазелином. Кольцо устанавливают на выровненную горизонтальную поверхность грунта и постепенно , не допуская перекосов, вдавливают кольцо вручную или домкратом, обрезая грунт вокруг кольца. На выровненную поверхность укладывают слой маловлажного песка толщиной 1-2 см для глинистых грунтов и 3 см – для крупнообломочных.
В нижней части целика между краем кольца и поверхностью грунта в основании выработки оставляют зазор (1-2 см), по которому должна пройти плоскость среза при испытании. На кольцо (после вырезания целика) устанавливают штамп и монтируют устройство для передачи нормальной и касательной нагрузок и реперную систему с приборами для измерения деформаций сжатия и среза целика грунта, которую определяют как среднеарифметическое показаний двух приборов, которые фиксируют смещение противоположных сторон кольца в направлении приложения касательной нагрузки в плоскости среза и осадку противоположных сторон штампа от нормальной нагрузки.
После монтажа установки записывают начальные показания приборов.