1503

грунта, предварительно уплотненного (прямая 2), на оси ординат получаем величину сmax – сила сцепления максимально уплотненного для данного опыта грунта. Полагая, что силы сцепления грунта меняются в зависимости от давления по линейному закону, находим путем линейной интерполяции переменные значения сил сцепления с1, с2, с3, соответствующие нормальным давлениям Р1, Р2, Р3, Р4. При этом угол φ, меньший по величине, чем угол φ0, представляет собой угол внутреннего трения (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость переменных сил сцепления от величины уплотняющих давлений (метод ВНИИГа): 1 – результаты испытаний без предварительного уплотнения; 2 – то же, с предварительным уплотнением Рmax

Методика ВНИИГа исходит из предположения о постоянстве угла внутреннего трения при различных плотностях грунта, в то время как в действительности при уплотнении грунта происходит сближение частиц, увеличение числа контактов и величина угла трения может несколько возрастать. Этим обстоятельством можно пренебречь, поскольку составляющая сил внутреннего трения в общем сопротивлении связных грунтов сдвигу имеет сравнительно малую долю.

Математически уравнение сдвига можно записать следующим образом:

τi = tg φ·Pi + сi,

где сi – сила сцепления, соответствующая данной плотности грунта.

11

Формулировка закона сопротивления сдвигу связных грунтов может быть следующей: сопротивление связных грунтов сдвигу есть функция первой степени от нормального давления, состоящая из двух слагаемых – сопротивления внутреннего трения и сопротивления сил сцепления; оба слагаемых увеличиваются пропорционально увеличению нормального давления.

4. СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ НЕКОНСОЛИДИРОВАННЫХ ГРУНТОВ

Рассмотрим сопротивление глинистых грунтов сдвигу по закрытой системе (неконсолидированно-недренированной) и в случае, когда грунт от данной нагрузки еще не уплотнился полностью, т.е. еще имеется поровое давление.

На рис. 5 приведены результаты испытания глинистых грунтов на сдвиг в условиях закрытой системы.

Рис. 5. Кривыепредельныхсопротивленийсдвигусвязныхглинистых грунтов

вусловиях закрытой системы (неконсолидированно-недринированных):

а– зависимость сопротивления сдвигу от влажности; б – кривые сдвига

при быстром срезе

Для неконсолидированного состояния полностью водонасыщенных связных грунтов, когда полное уплотнение от данной нагрузки еще не достигнуто, часть сопротивления сдвигу грунта, зависящая от величины нормального давления, будет меньше, так как на

12

скелет грунта передается лишь эффективное давление, равное разности между полным давлением σ и нейтральным и. В данном случае значение сопротивления сдвигу полностью водонасыщенного связного грунта при незавершенной консолидации будет промежуточным между сопротивлением сдвигу, соответствующим начальной влажности грунта, и сопротивлением, соответствующим его стабилизированному состоянию:

τ = tgφ·(σ – u) или tg c,

где и – нейтральное (поровое) давление, соответствующее данной степени консолидации; с – эффективное сцепление.

Рис. 6. Зависимость предельного сопротивления сдвигу грунта от влажности (а) и давления (б)

Рис. 7. Зависимость угла внутреннего трения φ и сил сцепления с от влажности w

13

Н.Н. Масловым был предложен метод учета неполной консолидации пылевато-глинистых грунтов, который сводится к испытанию образцов грунта на неконсолидированный сдвиг через различные промежутки времени после приложения давлений одной и той же интенсивности. После сдвига из области среза берут пробы грунта для определения его влажности. По этим данным можно построить график зависимости предельного сопротивления грунта сдвигу от влажности. Серия таких испытаний при различных давлениях Pn дает возможность построить графики кривых предельного сопротивления сдвигу как функции влажности (рис. 6, а). Пользуясь этими данными, можно построить график зависимости предельного сопротивления сдвигу от давления для любой влажности (рис. 6, б), а по полученным характеристикам – график зависимости удельного сцепления и угла внутреннего трения от влажности (рис. 7).

5. ОБЩИЙ ВИД УСТАНОВКИ ОДНОПЛОСКОСТНОГО СРЕЗА ГТ 1.2.6

Испытание грунта методом одноплоскостного среза проводят для определения следующих прочностных характеристик: сопротивление грунта срезу τ, угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с.

Для определения с и φ необходимо провести не менее трех испытаний при различных значениях нормального напряжения. Внешний вид изделия приведен на рис. 8.

Испытания могут проводиться по двум схемам:

– консолидированно-дренированное испытание – для песков и глинистых грунтов независимо от их степени влажности в стабилизированном состоянии;

– неконсолидированно-недренированное испытание – для водонасыщенных глинистых и органоминеральных грунтов в нестабилизированном состоянии и просадочных грунтов, приведенных в водонасыщенное состояние замачиванием без приложения нагрузки.

14

Рис. 8. Внешний вид изделия: 1 – устройство одноплоскостного среза; 2 – блок управления шаговым двигателем

При необходимости предварительного уплотнения образца может применятся прибор предварительного уплотнения ГТ 1.2.5.

Предварительное уплотнение образца при консолидированнодренированом испытании можно производить непосредственно в рабочем кольце срезного прибора.

При испытании образцов грунта в условиях полного водонасыщения необходимо предварительно замочить образцы, заполнив ванну уплотнителя водой.

При испытании просадочных грунтов, имеющих природную влажность меньше Wp, необходимо доувлажнить образцы до влажности, равной Wp.

Образцам набухающих грунтов, предназначенным для определения сопротивления срезу в условиях полного водонасыщения после стабилизации деформации набухания при заданном нормальном давлении р, необходимо передать до начала замачивания давление р.

15

Время насыщения образцов водой должно быть не меньше значений, указанных в табл. 1.

При проведении испытаний на повторный срез образец грунта разрезают на две части острым ножом или леской по плоскости первого среза, тщательно заравнивают торцевые поверхности обеих половин, соединяют их между собой и помещают в рабочее кольцо срезного прибора.

16

6. МЕТОД КОНСОЛИДИРОВАННО-ДРЕНИРОВАННОГО ИСПЫТАНИЯ

Предварительное уплотнение образца, за исключением образцов просадочных грунтов, испытываемых в водонасыщенном состоянии, производят при нормальном давлении р, при которых определяется сопротивление срезу τ. Нормальное давление передают

Примечание. Нормальное давление p при предварительном уплотнении образцов просадочного грунта, испытываемых в водонасыщенном состоянии, должно составлять0,3 МПаивозрастатьступенями р= 0,05 МПа.

После предварительного уплотнения, если оно проводилось в уплотнителе, следует быстро разгрузить образец и перенести рабочее кольцо с образцом в срезную коробку.

17

В случае предварительного уплотнения образцов грунта в условиях полного водонасыщения перед разгрузкой образца удаляют воду из ванны уплотнителя.

На образец грунта передают то же нормальное давление, при котором происходило предварительное уплотнение грунта, за исключением образцов просадочного грунта, испытываемых в водонасыщенном состоянии. В этом случае нормальное давление при срезе должно составлять 0,1; 0,2; 0,3 МПа.

Испытания на повторный срез выполняют при том же нормальном давлении, при котором был осуществлен первый срез.

Нормальную нагрузку следует передавать на образец в одну ступень и выдержать ее не менее:

–5 мин – для песков;

–15 мин – для супеси;

–30 мин – для суглинков и глин;

–10 мин – при повторном срезе.

При передаче касательной нагрузки ступенями их значения должны составлять 5 % от значения нормальной нагрузки, при которой производится срез.

При непрерывно возрастающей касательной нагрузке скорость среза должна быть постоянной и соответствовать значениям, указанным в табл. 3.

Примечание. Если ожидаемая горизонтальная деформация образца при разрушении неизвестна из предыдущих испытаний, допускается

Испытание следует считать законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез или общая деформация среза превысит 5 мм.

При проведении среза с постоянной скоростью за окончание испытаний принимают момент, когда срезающая нагрузка достигнет максимального значения, после чего наблюдается некоторое ее снижение либо установление постоянного значения, или общая деформация среза превысит 5 мм.

После окончания испытания следует разгрузить образец, извлечь рабочее кольцо с образцом из прибора и отобрать пробы для определения влажности из зоны среза образца.

7. МЕТОД НЕКОНСОЛИДИРОВАННО-НЕДРЕНИРОВАННОГО ИСПЫТАНИЯ

Образец грунта передает сразу в одну ступень нормальное давление р, при котором будет производиться срез образца. Значение р принимают по табл. 4.

Если при давлениях 0,125 и 0,15 МПа происходит выдавливание грунта в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, необходимо уменьшить их на 0,025 МПа.

Сразу после передачи нормальной нагрузки приводят в действие механизм для создания касательной нагрузки и производят срез образца грунта не более чем за 2 мин с момента приложения нормальной нагрузки.

19

При передаче касательной нагрузки ступенями их значения не должны превышать 10 % значения нормального давления, при котором производится срез, и приложение ступеней должно следовать через каждые 10–15 с.

При передаче непрерывно возрастающей нагрузки скорость среза принимают в интервале 2–3 мм/мин так, чтобы срез проходил в течение указанного времени.

Испытание следует считать законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез или общая деформация среза превысит 5 мм.

При проведении среза с постоянной скоростью за окончание испытаний принимают момент, когда срезающая нагрузка достигнет максимального значения, после чего наблюдается некоторое ее снижение либо установление постоянного значения, или общая деформация среза превысит 5 мм.

После окончания испытания следует разгрузить образец, извлечь рабочее кольцо с образцом из прибора и отобрать пробы для определения влажности из зоны среза образца.

8. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ НА УСТАНОВКЕ ОДНОПЛОСКОСТНОГО СРЕЗА ГТ 1.2.6

1.Установить кран «СБРОС ВЕРТИКАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ»

вположение «ОТКР».

2.Ослабить гайку на правой стойке устройства и отвести балку с закрепленным на ней датчиком силы в сторону (рис. 9).

3.Ослабить винт на держателе датчика линейных перемещений ДЛП-10М. Снять держатель вместе с датчиком и положить рядом с устройством (рис. 10).

4.Ослабить винт, крепящий крышку срезной коробки к штоку (рис. 11, элементы 3 и 2).

20