4.4. Полевые методы исследования слабых грунтов

Строительство сооружений на слабых грунтах связано с определенными трудностями и требует больших затрат средств и времени. Это обусловлено их низкой несущей способностью, высокой сжимаемостью и водопроницаемостью. Сооружения, построенные на слабых грунтах, как правило, испытывают значительные неравномерные и длительные осадки.

Применяемые методы лабораторного исследования слабых грунтов, их физико-механических свойств, согласно мнению ученых и практиков, обладают значительными погрешностями, обусловленными нарушениями при отборе проб естественной структуры грунта, невозможностью учета специфики микроструктуры, неоднородности строения и залегания.

Для того чтобы избежать этих недостатков, одновременно с лабораторными проводят полевые исследования.

4.4.1. Исследование сопротивления сдвигу

Исследования показателя сопротивления торфа сдвигу проводят методом вращательного сдвига, применяя зондовый сдвигомер-крыльчатку СК-10(8) конструкции Л.С. Амаряна (рис. 4.29.) [1]

Рис. 4.29. Общий вид сдвигомера-крыльчатки СК-10

1 – крыльчатка;

2 – устройство для отключения крыльчатки от штанги;

3, 4 – штанги;

5 – рукоятка сдвигомера;

6 – втулка;

7 – упор;

8 – упорная пластина;

9 – шарнир;

10 – винт;

11 – вилка;

12 – призма;

13 – индикатор часового типа

Техническая характеристика сдвигомера СК-10

Диаметр крыльчатки, мм 60, 75, 100

Высота крыльчатки, мм 120, 150, 200

Дина штанг, мм 1000

Глубина испытания, мм до 15

Максимальный крутящийся момент, кгс. cм 1500

Цена деления индикатора, мм 0,01

Масса прибора с одной штангой, кг 4

Масса одной штанги, кг 1,0

Количество прилагаемых штанг, шт 5

Обслуживающий персонал, чел 1-2

Перед тем, как использовать прибор в поле, проверяют взаимодействие между подвижными деталями и осуществляют градуировку упругой пластины измерительной головки.

Сущность методов заключается в погружении 4-х лопастной крыльчатки в массив грунта и ее повороте для разрушения заданного объема цилиндрической формы с установлением предельного сопротивления сдвигу.

Сопротивление грунтов вращательному срезу определяется по формуле

τ=М_кр/К=nl/К, кгс/см²_,

где М_кр - крутящий момент, который необходимо приложить к крыльчатке, чтобы произвести вращательный срез грунта, кгс/см;

К – постоянная крыльчатки, см³;

l – показания индикатора, дел.;

n – характеристика упругой пластины сдвигомера, кгс*см/дел.

Постоянная крыльчатки К определяется по формуле

К=πD²/2(h+D/m),

где D – диаметр крыльчатки, см;

h – высота крыльчатки, см;

m – принимается равным 3, при срезе двумя торцовыми поверхностями и m=6 при срезе одной торцовой поверхностью (с поверхности грунтового массива).

Сопротивление сдвигу связных грунтов при действии внешнего вертикального (или бытового) давления является функцией двух величин – сцепления и угла внутреннего трения

τ=С+σ tgφ,

где С – сцепление, кгс/см²;

σ – нормальное давление, кгс/см²;

φ – угол внутреннего трения, град.

Испытания грунтов вращательным срезом с помощью СК-10А позволяют определять лишь общее сопротивление сдвигу без разделения на сцепление и внутренне трение грунта.

Для связных грунтов при отсутствии вертикального давления второй член общего уравнения предельного напряжения сдвига равен нулю: σ tgφ=0. В этом случае сопротивление сдвигу отождествляется со сцеплением грунта: τ=С.

Такие условия создаются при исследовании грунтов сдвигомером СК-10А с поверхности и на дне шурфов в органно-минеральных грунтах, а также в торфяных неосушенных грунтах по всей глубине торфяника, в илах и илистых грунтах на дне озер и лиманов, так как в них бытовое давление ниже уровня грунтовых (или поверхностных) вод незначительно.

Результаты испытаний оформляются в виде графиков, совмещенных с инженерно-геологическими разрезами (рис. 4.31.).