5.3. Определение прочности грунтов методом раскалывания.

Раскалывание является косвенным методом, позволяющим определить условно-мгновенное сопротивление мерзлых пород разрыву. Сущность метода заключается в раскалывании цилиндрических образцов твердомерзлых грунтов по образующей сосредоточенными нагрузками. Метод основан на решении задачи Герца в теории упругости, из которого следует, что растягивающие напряжения, перпендикулярные к плоскости действия внешних сил, имеют постоянную величину и равномерно распределены по диаметру образца. Данный метод называется «бразильским». В настоящее время используются его различные варианты (рис. 5.4).

Цилиндрические образцы, используемые для испытания мерзлых грунтов на раскалывание, должны иметь высоту 30–60 мм при ее отношении к диаметру, равном 0,7–1,1. Ось образца и лезвия клиньев

при испытании должны находиться в одной вертикальной плоскости

а

б

Рис. 5.4. Определение прочности мерзлых грунтов на разрыв бразильским≫ методом:

а – схема нагружения образца; б – варианты ≪бразильского≫ метода: сжатие по образующей между двумя плитами (1 и фотография справа), с помощью двух проволок (2), с помощью плиты и проволоки (3)

5.4. Сопротивление мерзлых грунтов сдвигу

Сопротивление грунтов сдвигу определяется главным образом температурой грунта, значением внешней нагрузки и временем ее действия. В диапазоне давлений, не превышающих нескольких МПа сопротивление сдвигу может быть выражено линейной зависимостью, установленной К.Кулоном в 1773 г.

(5.1)

где предельное сопротивление сдвигу - нормальное давление на

грунт; - угол внутреннего трения грунта, зависящий от размера и формы частиц грунта, - сцепление грунта, зависящее от прочности молекулярных связей между грунтовыми компонентами.

В сыпучих грунтах сцепление намного меньше трения, поэтому вторым членом выражении (4.7) пренебрегают, в мерзлых грунтах (песчаных и глинистых) наоборот, трение значительно меньше сцепления, поэтому в данном случае пренебрегают первым членом выражения (4.7). Пренебрежение трением в мерзлых грунтах оправдано, если величина сцепления определена сферическим штампом. В этом случае косвенно учитывается и угол внутреннего трения [88].

Сопротивление сдвигу талых и мерзлых грунтов, определяется в лабораторных условиях путем постоянного увеличения продолжительности действия сдвигающего усилия.

Прочность смерзания грунтов с материалами фундамента принимается равной сопротивлению грунта сдвигу по поверхности смерзания с материалом фундаментов. Определяется этот параметр при вдавливании или выдергивании стоек, вмороженных в грунт в полевых и лабораторных условиях. Различают предельно-длительную прочность смерзания, принимаемую в расчетах на выпучивание и временную прочность смерзания, определяемую в результате мгновенного действия нагрузки. Величина первой в 5-10 раз больше второй.

Значение касательных сил пучения характеризующих смерзание грунта с поверхностью фундамента, различаются по высоте фундамента. В общем смысле они определяются мощность.зоны промерзающего грунта. В связи с этим С.С. Вялов и В.О. Орлов предложили в строительной практике оперировать удельным значением сил морозного пучения, вычисляемым по формуле:

, (5.2)

гдеТ – суммарная сила выпучивания; u – периметр фундамента.

Следует отметить, что на величину смерзания грунта с поверхностью фундамента, при прочих равных условиях, оказывает влияние поверхность самого фундамента. С увеличением его шероховатости, силы смерзания будут увеличиваться.