5.5. Сдвиг грунтов по поверхности смерзания.
Испытания мерзлых пород на сдвиг по поверхности смерзания с различными материалами позволяют определять характеристики прочности смерзания – условно-мгновенные, длительные и предельно-длительные значения прочности смерзания Rаf, сцепления cafи коэффициента трения по поверхности смерзания fаf. Для определения прочности смерзания в лабораторных условиях применяются два метода: 1 – испытание в сдвиговых приборах; 2 – продавливание (или выдергивание) моделей фундаментов, смороженных с грунтом. Для испытания мерзлых грунтов по методу 1 рекомендуется одноплоскостной (срезной) прибор ПРС конструкции НИИ оснований, разработанный А.В. Садовским и С.Э. Городецким (ПРС), а также прибор типа ВСВ (рис. 5.5, а, б) для кратковременных опытов с пластично-мерзлыми породами, а для испытания по методу 2 обычно используются приборы Н.А. Цытовича и Е.Ф. Ермакова.
Сдвиговой (срезной) прибор ПРС (рис. 5.5, б) состоит из основания (7), сдвиговой камеры (1) и подвижной каретки (2), перемещающейся вдоль направляющей обоймы (3) на стальных шариках (6). Приспособление для передачи нормального давления укреплено четырьмя стойками (14) на сдвиговой камере и состоит из боковой упорной плиты (10), винта (11) и динамометра (12, 13). Цилиндрический образец грунта (5), смерзшийся с материалом (4), помещается в углубление сдвиговой камеры, во врез в подвижной каретке, который имеет цилиндрическую форму. Нормальная нагрузка на образец передается винтом (11) через динамометр и боковой штамп(9). Сдвиговая нагрузка прикладывается к образцу с помощью рычажного пресса через верхнюю часть подвижной каретки. Весь прибор закрепляется на опорной плите (8). Деформация сдвига образца измеряется индикатором часового типа.
а б |
Рис. 5.5, а, б. Сдвиговые приборы: а) схема сдвигового прибора ВСВ; б) схема сдвигового прибора ПРС конструкции НИИ оснований (пояснения в тексте см. в тексте )
Образцы грунта имеют диаметр 71,4 мм и толщину 35 мм. Они смораживаются в специальных формах с цилиндрическими дисками, имеющими диаметр 71,4 мм и толщину 15 мм и выполненными из технического материала (металл, бетон, дерево и др.). Формы изготавливаются из металла (для всестороннего промерзания грунта при подготовке образца) или из теплоизолирующего материала (для одностороннего промерзания).
Прибор Н.А. Цытовича (рис. 5.6, а) состоит из цилиндрической емкости, представляющей собой кольцо (1), вставленное в поддон (2).днище поддона имеется круглое отверстие, предназначенное для продавливания цилиндрической стойки из материала фундамента (4).Внутренний диаметр кольца должен быть равен пяти диаметрам стойки. Стойка устанавливается в центре емкости над отверстием в ее днище. Устойчивость и вертикальное положение стойки обеспечивается направляющей трубкой, вмонтированной в центр крестовины, которая накладывается сверху емкости и скрепляется с ней. Отверстие в днище закрывается вкладышем (3).
Прибор Е.Ф. Ермакова (рис. 5.6, б) представляет собой прямоугольный корпус (1) с прорезью в днище. В прорезь устанавливают пластину из материала фундамента (2).
Рис. 5.6, а, б . Схемы приборов для определенияпрочности смерзания грунта с моделями фундамента: а – прибор Н.А. Цытовича, б – прибор В.Ф. Ермакова(пояснения в тексте)
Емкости приборов Н.А. Цытовича и Е.Ф. Ермакова заполняютгрунтом и проводят замораживание грунта с одновременным смораживанием его с материалом фундамента в требуемом режиме. Во время испытания сдвиговая нагрузка задается путем передачи вертикального давления на стойку (в приборе Н.А. Цытовича) и пластину (в приборе Е.Ф. Ермакова). Нормальная нагрузка моделируется давлением на модель фундамента, возникающем при замерзании грунта. Недостатком этих приборов является невозможность задавать нормальную нагрузку, следовательно, и разделять caf и faf [6].