Метод вращательного среза

Для изучения сопротивления грунтов сдвигу в полевых условиях используют лопастной прибор, который называют крыльчаткой. Он состоит из четырех тонких металлических лопастей, соединенных между собой крестообразно, как показано на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Схема крыльчатки - лопастного прибора

Прибор, укрепленный на нижнем конце штанги, опускают в скважину и вдавливают в ненарушенный грунт на всю высоту крыльчатки. Действием крутящего момента вращают штангу с прибором, что вызывает также и вращение грунта, заключенного между лопастями. Срез грунта происходит по цилиндрической поверхности, проходящей по наружным кромкам лопастей. Этот прибор рекомендуют применять в слабых пылевато-глинистых грунтах, илах, сапропелях, заторфованных грунтах и торфах, так как для них угол внутреннего трения практически равен нулю и можно принять с= τ [7,21].

Прибор позволяет оценить прочность структурных связей, имеющихся в грунте. Это достигается путем сравнения усилий, затрачиваемых в начале опыта, когда происходит срез в грунте, с усилиями, необходимыми на последующее вращение прибора.

В состав установки для испытания грунта вращательным срезом входят: рабочий наконечник (крыльчатка); штанга; устройство для создания и измерения крутящего момента; устройство для вдавливания крыльчатки в грунт.

В зависимости от вида грунта применяют три типа крыльчатки, основные параметры которых приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Основные параметры крыльчатки

Состав крыльчатки и ее характеристика	Тип крыльчатки
	I	II	III
Крыльчатка размерами, мм: высота	120	150	200
ширина (диаметр)	60	75	100
толщина лопасти	2	2,5	3
Постоянная крыльчатки В, см3	742	1545	3663
Штанга, наружный диаметр, мм	22-33,5
Максимальный крутящий момент устройства, кН х см, не менее	18
Погрешность измерения крутящего момента, кН х см	0,36	0,18	0,18

Постоянная крыльчатки В равна статическому моменту цилиндрической поверхности среза относительно оси вращения, вычисляется по формуле

В = (h+ ), (3.9)

где d - диаметр крыльчатки (ее ширина), см;

h - высота крыльчатки, см.

При инженерно-геологических испытаниях грунтов используют следующие типы крыльчаток:

тип I - при испытаниях глинистых грунтов с 0,5< J_L ≤0,75, органоминеральных, в том числе с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм в количестве не более 15 % по массе;

тип II - при испытаниях глинистых грунтов с J_L ≤ 1,0, органоминеральных с обломочными включениями размером более 10 мм в количестве менее 15 % по массе;

тип III - при испытаниях глинистых грунтов с J_L > 1, органоминеральных и органических грунтов.

Перед испытаниями устройство для измерения крутящего момента должно быть проградуировано. По этим результатам строят график зависимости крутящего момента М, кН х см, от показаний измерительного устройства N, см, и вычисляют постоянную характеристику измерительного устройства п, кН, по формуле

n = . (3.10)

Подготовка к испытанию заключается в том, что крыльчатку вдавливают в грунт при помощи специального устройства и наращивают колонну штанг, которую соединяют с головкой устройства для создания и измерения крутящего момента и записывают начальные показания приборов.

Испытания начинают с вращения колонны штанг с крыльчаткой, с угловой скоростью 0,2 - 0,3 град/с с помощью устройства для создания крутящего момента. Во время вращения крыльчатки записывают показания приборов для измерения крутящего момента до достижения максимального значения N_max.

После 2 - 3 полных оборотов крыльчатки, когда наступает стабилизация значений крутящего момента, записывают установившееся значение N_ycm, соответствующее установившемуся значению крутящего момента Мс.

При испытаниях грунта в скважинах для преодоления сил трения штанг о грунт крутящий момент М₀ принимают равным нулю.

Если испытания проводят в массиве, то для определения М₀ отсоединяют крыльчатку от колонны штанг и определяют показание измерительного прибора N₀,которому будет соответствовать М₀. Испытания в массиве можно проводить до глубины, где отношение ≥0,5. При меньших значениях этого отношения испытания следует проводить в скважинах.

В процессе испытаний ведется журнал (табл. 3.8).

Таблица 3.8