книги из ГПНТБ / Булычев, В. Г. Механика дисперсных грунтов

на различное конструктивное оформление, все эти

приборы

могут быть разделены на четыре характерных типа.

К первому типу относятся приборы, построенные

по прин­

ципу конечного сдвига

одной части образца грунта

относи­

тельно другой (рис. 6

7 ). Это наиболее известные

приборы

Ко второму типу следует

отнести

приборы,

которые также

предусматривают сдвиг одной части

образца

относительно

другой, но из-за кольцевой

формы образцов

и

вращатель­

ного движения сдвиг у этих приборов не

является конечным

(рис. 6 8 ). К такому типу относятся приборы

Покровского,

Федорова и ряд других, появившихся позднее в СССР и

за

рубежом.

Третий тип приборов имеет в виду,не

плоскостной, а

объ­

бор Г. И. Покровского, предложенный в 1 9 3 2

г.

Наконец,

к

четвертому типу необходимо отнести приборы,

создающие

в

сжимаемых образцах грунта сдвиг по поверхности

действия

максимальных скалывающих напряжений (рис.

7

0 ).

Это

при­

боры Вестерберга, Давиденкова, Покровского,

Булычева

и др.

Для лучшего представления о методах работы

с

приборами

этих четырех типов ниже описываются наиболее

типичные

из

них.

Рис. 70

М е т о д

П у з ы р е в с к о г о .

Пустые

цилиндри­

ки А (рис.

71) путем вдавливания их в

монолит

наполня­

ются грунтом. Между отдельными цилиндриками

вставляют

вкладыши Б , составленную таким образом цепь из

четырех

образцов помещают в ванночку В , наполненную водой,

и

зажимают винтом

Г . Для насыщения грунта водой при

оп­

ределенном давлении на чашку рычажных весов Д

кладется

соответствующий

груз. После замачивания цель вынимают

из

Цилиндрик с замоченным грунтом устанавливают над

спе­

циальной формочкой

А (рис. 72) и с

помощью

деревянного

штампика вталкивают в' соответствующее отверстие

этой

формочки. Затем деревянный штамлик удаляют и вместо

него

на грунт накладывают металлический штамлик Б

(поршенек),

который и вставляют вместе с формочкой в прибор.

С помощью рычажного устройства В

с

отношением

плеч

1 /2 0

грунту дается

вертикальная нагрузка, равная нагрузке

при замачивании. Затем, постепенно загружая

небольшими

порциями другое рычажной устройство

Г

и фиксируя

при

этом

регистрирующим приспособлением

Д

деформации,

про—

в

г

периментально определяют соответствующие поправки.

По

окончании опыта образец вынимают из формочки и

определя­

ют его влажность, плотность, удельный вес и пористость.

Таким образом, задаваясь вертикальной нагрузкой и

опре­

деляя сдвигающее усилие, нетрудно рассчитать

коэффици­

ент сдвига

по формуле (8 3 ).

Несмотря на значительное распространение, которое

полу­

чили приборы этой схемы, практика показала, что они

обла­

дают существенными принципиальными и

конструктивными

недостатками. Наиболее существенным недостатком

следует

считать то, что площадь сдвига переменна и что грунт

мо­

жет заклиниваться между движущимися плоскостями

прибора.

При определении сдвигающего усилия это приводит к

значи­

тельным ошибкам.

М е т о д

П о к р о в с к о г о

(метод

кольцевого

штампа). В

1931 г. проф. Покровский предложил идею

при­

так как при круговом смещении трущаяся поверхность

не

имеет ни "начала", ни "конца".

По принципу, предложенному проф. Покровским, автором

и

Покровского (рис.

7 3 ).

А

, при­

Основой прибора является металлическая станина

крепленная к массивной дубовой доске или к литой

чугунной

плите

Б .

Этот прибор в равной мере

может

быть

установ­

лен и на лабораторном столе, и непосредственно на

иссле­

дуемом грунте (в шурфе, котловане, кессоне, выемке

и пр.).

Главной частью прибора является штамп

В

,

прижима­

емый к грунту штурвалом

Г . Для того чтобы

предупре­

дить возможность выпирания грунта в стороны, на

грунт

одновременно опускается обжимное кольцо Д

и

внутренний

обжимной диск

Е

,

причем обжимное

кольцо

Д

удержива­

ется винтами, скрепленными со станиной, а

внутренний

диск

Е

- винтом Ж .

3

Штамп вращается с помощью троса

,

обернутого

И

во­

круг блока, пропущенного через самопишущий прибор

и

сматывающегося

на вращающийся вал

К

,

который

приво­

дится во вращение

мотором

/7 . Для регулирования

скорости

вращения вала

К

имеется

редуктор,

состоящий из

двойной

червячной передачи. Сдвигающее усилие записывается

на

ба­

рабане

И , вращение

которого синхронно связано

с вращени­

ем штампа В . Вертикальная нагрузка

на штамп

В

осу­

ществляется рычагом

М с

соответствующим грузом

Н

на

его конце.

Если эксперимент проводится в лаборатории, то

прибор

устанавливается на столе так,

чтобы под штамп

В

и

об­

жимное

кольцо

Д

можно

было поместить сосуд или ящик

с

исследуемым грунтом. Если же опыт проводится в поле,

то

прибор ставят прямо на выровненную площадку

исследуемо­

го горизонта с таким расчетом, чтобы

штамп В

и

обжим­

ное кольцо

Д

плотно соприкасались с

грунтом.

Независимо

от того, проводится эксперимент в лаборатории или в

поле,

штамп

В

необходимо заглубить в

исследуемый

грунт

-

это достигается поворотом

штурвала

Г , посаженного

на

винтовую резьбу.

М устанавливают подвижной

После

этого

на рычаге

груз

Н, сообщающий штакту

В

необходимое вертикальное

дав­

ление. Затем,

надев на барабан

Н

миллиметровую

бумагу

и проверив нулевое положение пера самопишущего прибора

и

готовность последнего к записи, пускают мотор

Л

в

ход.

Прибор находится в действии до того момента, пока

записы­

ваемая на барабане И кривая примет стабилизованный

вид,

после чего прибор останавливают.

Характер полученной кривой находится в зависимости

от

типа и состояния

исследуемого

грунта.

Обычно в

практике

глинистым грунтам, насыщенным влагой; ГГ - сухим

песча­

ным грунтам и Ш —очень влажному песчаному либо

сухому

глинистому грунту.

При сдвиге влажного глинистого

грунта, находящегося под

постоянной вертикальной нагрузкой,

силы сцепления

возрас­

ции; в этом случае мы имеем кривую I .

В сухом песчаном

грунте, где силы сцепления практически равны нулю,

мы сра­

зу же получаем стабилизованную кривую

П. Наконец,

если

еся) трение, то в первый момент сдвига мы полупим

неко­

торый максимум и только тогда, когда сцепление будет

на­

рушено, кривая стабилизируется и принимает вид Ш.

Для определения коэффициента внутреннего трения

грунтов

■проф. Покровский рекомендует пользоваться формулой:

X

F, - F , .

в

которой

/?, и

f

я ,

17 ’

(84)

—различные

вертикальные

нагрузки;

F,

и Fb -

соответствующие усилия

сдвига и

^7

-

коэф­

фициент, зависящий от размеров прибора. Проф.

Покровский

рекомендует

определять

коэффициент

П по формуле

где (см. рис. 73)

)

О

’

(85)

- радиус шкива

;

г и

гь

—соответственно

внутренний

и

внешний радиусы кольца штампа В

Как видно из формулы,

if не зависит от

усилий,

возни­

кающих в приборе, и,

будучи постоянной величиной, зависит

только от размеров прибора.

Опыт показал, что при работе с приборами такого

типа

необходимо соблюдать следующие условия:

3) после приложения нагрузки на рычаг М

необходимо

выждать стабилизацию осадки, т. е. момент

установления

гидростатического равновесия. Это условие должно

соблю­

даться и при увеличении нагрузки на штамп при

повторном

сдвиге.

М е т о д

П о к р о в с к о г о

( м е т о д

с к а ­

ш и в а н и я ) .

По утверждению проф. Покровского,

одним

из наиболее характерных видов деформаций в грунтах

явля­

ются деформации скашивания. И только тогда, когда

насту­

пает разрушение грунта, т. е. появляются трещины и

разры­

вы, скашивания не наблюдается. В связи с этим проф.

Пок­

ровский считает, что при определении внутреннего

трения

не следует ограничиваться плоскостным сдвигом

одной

мас­

ведению грунта при сдвиге. В

действительности,

по—видимо­

му, имеет место скашивание,

т. е. смещение

элементарных

слоев некоторой толщи грунта

параллельно действующей силе.

В основу конструкции прибора1 , построенного

в 1 9 3 2 г.,

ложена инж. Немиловым в

191 4

г.

На дубовой доске

А (рис. 75)

укреплена

ванночка

ß

В центре ванночки установлен ящик, состоящий из двух

ме­

таллических стенок

В , шарнирно

укрепленных в

основании,

и двух стеклянных щитков

Г .

Верх ящика шарнирно скреп­

лен захватом

Д .

Образец грунта Е ,

имеющий

форму

параллелепипеда размером 97x33x20 мм,

вставляется

в

ящик прибора так, чтобы высотой образца служил его

мини­

мальный размер, т. е. 20 мм.

Для передачи вертикальной нагрузки применяется

приспо­

собление,

состоящее

из штактика

Ж , жесткой рамы

3

и

груза И

. Для предотвращения заклинивания

грунта

штам-

пик Ж имеет острые края. Скашивание производится с

по­

мощью канатов

К ,

скрепленных с

захватом

Д

и

направ­

ленных в диаметрально противоположные стороны.

Потянув

за один канат, можно скосить образец в одну сторону,

а

за

другой —в другую. Возникающее при этом усилие

измеряет­

ся либо массой груза, приложенного то к одному, то к

дру­

гому канату, либо динамометром, включенным в тягу.

При испытании водонасыщенного грунта

в ванночку

Б

на­

Методика проведения эксперимента

заключается

в следу­

ющем:

1) прибор приводят в рабочее состояние,

т. е.

устанавли­

вают на место все части, закладывают образец грунта,

в

ванночку наливают воду;

2) на чашку загрузочного приспособления

устанавливают

необходимый груз;

3) к одному из

канатов прилагают тяговое усилие,

при

котором запись деформаций производится стрелкой

Л ,

жест­

ко скрепленной с

одной из стенок В

и скользящей

около

шкалы деформаций

М .

р СкНи >

(86)

где РСк и

' ьерт "

“

силы, соответственно вызывающие ска­

Н -

шивание и нормальное сжатие;

плечо силы, вызывающей скашивание;

ного давления от влажности, поэтому необходимо к

началу

опыта иметь компрессионную кривую испытуемого

грунта

торой и определяется капиллярное давление Рк ,

соответст­

вующее той или иной влажности. Для определения

коэффици­

ента внутреннего трения проф. Герсеванов рекомендует

раз­

давливать кубик, сделанный из этого же образца грунта.

Загружать образец необходимо постепенно, чтобы

после

равновесие, определяемое полным затуханием осадки.

Эпюра

зависимости между нагрузкой и деформацией будет

иметь

вид кривой, представленной на рис. 76. На этой кривой

кри­

тической максимальной нагрузке будет соответствовать

точ­

ка А ,

находящаяся в

начале того участка кривой,

который

характеризует собой разрушение образца.

Таким

образом, зная

капиллярное давление Р^

и

макси­

мальное

(разрушающее)

усилие Рм ікс > можно

рассчитать

о

Д а в л е н и е

Рис.

76

коэффициент

(либо

угол) внутреннего трения

по формуле, ре­

комендуемой

Герсевановым:

_____________

2>Рк

+2Р,иа.кс

(87)

S P « -

По мнению проф.

Герсеванова,

определение

указанным ме­

тодом угла внутреннего трения в пластичных грунтах

прин­

ципиально наиболее

надежно, так

как в

этом случае

величи­

на р получается

в условиях, вполне соответствующих

дей­

ствительности .

М е т о д

о п р е д е л е н и я

у г л а

е с т е ­

с т в е н н о г о

о т к о с а .

Для получения

ориенти­

ровочного представления о коэффициенте внутреннего

трения

может быть применен только к сухим пескам

или к

пескам

подводным.

В основном метод заключается в следующем: в

стеклян­

ную банку прямоугольной формы засыпают грунт (если

грунт

подводный, одновременно заливают и воду,

покрывающую

грунт слоем 10 —15 см ). Затем банку ставят

на ребро

(рис.

77, а) и постепенно поворачивают

так, чтобы ее дно

пришло

в горизонтальное положение (рис.

77, б).

ты. Объясняется это тем, что с

увеличением размеров банки

лэныне сказывается трение

грунта

о его стенки,

меньше

опасность влияния сил сцепления и больше

относительная

точность измерения величин

h

и

/ .

кие, например, как грунт) из-за наличия в них пор,

запол­

ненных водой либо газом, при сжатии значительно

деформи­

руются.

У таких тел сопротивление сжатию определяется

преиму­

ное тело

(грунт), оставляя ему возможность бокового

рас­

ширения,

то число контактов, определяющее прочность

всей

ния, зависимость между силой и деформацией

выражается

следующим соотношением:

П о к р о в с к и й Г. И. и Б у л ы ч е в

В. Г. Тру­

ды ВИОС. Сб. N° 2, 1 9 3 4 .

1 2 9