Лекция 3

5

Лекция 3.

2.4. Определение сопротивления грунта сдвигу

Наиболее простым и распространенным в практике является способ опреде­ления сопротивления грунта сдвигу в односрезном приборе, схема которого представлена на рис. 2.6. Прибор состоит из цилиндра разрезанного по высоте на две части с зазором между ними. Одну из половин цилиндра (верхнюю или нижнюю) закрепля­ют неподвижно, а другая половина может параллельно пе­реме­щаться.

Образец грунта помещают в прибор, между двумя дырчатыми пластинками, и через жесткий поршень загружают образец возрастающей нагрузкой Р_i .

S_i

P_i

Рис.2.6. Схема односрезного прибора для испытания грунта на сдвиг

Пу­тем приложения горизонтальной силы S_i, грунт срезается по пунктирной линии в резуль­тате смещения одной части ци­линдра относительно другой. Сопротив­ление грунта сдвигу определяется по формуле

(2.9)

где F - площадь образца грун­та в плоскости сдвига.

Прикладывая вертикальную нагрузку ступенями и выждав стабилизацию сжатия образца, производят срез и данные опыта наносят на график, выражаю­щий зависимость между нормальным напряжением _i, и касатель­ным напря­же­нием _i, (рис. 2.7).



_i,Н/см²

_i,Н/см²

С

Рис.2.7. График сопротивления сдвигу связных грунтов

При испытании песчаных грунтов, не обладающих сцеплением между час­ти­цами, в начале опыта не загружают образец вертикаль­ным давлением, (т. е.  = 0), и пренебрегают по малости собст­венным весом, практически принимая  = 0. В координатной си­стеме  - эта точка часто принимается совпадающей с началом координат. В дальнейшем каждой ступени нагрузки _i, будет со­ответ­ствовать свое сопротивление сдвигу _i.

Опыты показывают, что зависимость  - оказывается линей­ной и для не­связных грунтов принимается прямой, проходящей через начало координат и наклонной к оси _i под углом .

Непосред­ственно из графика рис. 2.7 для несвязных грунтов можно записать следующую зависи­мость

(2.10)

Введя обозначение , получим ;

где  - угол внутреннего трения грунта; f - коэффициент внутреннего тре­ния.

Уравнение (2.10) выражает весьма важную зависимость, кото­рая формули­ру­ется так: сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление тре­ния, прямо пропорциональное нормально­му давлению.

Для связных грунтов, кото­рый получают на том же приборе испытания на сдвиг и в том же порядке, прямая  - не проходит через начало координат, а отсекает от­резок С на оси .

Дело в том, что в связных грунтах, обладающих сцеплением между части­цами, при отсутствии нормального давления ( = 0), а следовательно, и трения сопротивление грунта сдвигу больше нуля (что обусловливается сцеплением) и равно

Сопротивление трения в грунте здесь также выражается пря­мой линией, как и в песчаных грунтах. Общее сопротивление сдвигу связного грунта можно выразить уравнением

(2.11)

т. е. сопротивление связного грунта сдвигу скла­дывается из сопротивления трения, пропорционального нормаль­ному давлению плюс сцепление, не зави­сящее от давления.

Как видно из изложенного, под прочностью грун­та следует понимать его способность со­противляться действию касательных сил. Поэтому определе­ние параметров прочности грунта  и С в лабора­торных и полевых условиях необходимо выполнять с большой тщательностью, по методике, изложенной в существующих нормативных инст­рукциях.

Задача 2.1. Построить кривые уплотнения и набухания грунта по результа­там его одностороннего сжатия в компрессионном приборе при следующих ис­ходных данных: начальная высота образца – h = 2 см; площадь поперечного сечения – F = 25 cм²; вес скелета грунта – Q₀ = 80 г; удельный вес грунта –  = 2,6 г/см³.

Решение

Приведенная высота скелета грунта

Начальный коэффициент пористости

Результаты испытания образца на сжатие представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Напряжения в грунте, МПа	Отсчет по инди­катору	Осадка i , см	hi = h - i см	hi – h0 см	Коэффициент по­ристости
0	0,6012	0	2	0,77	0,627
0,1	0,5512	0,05	1,95	0,72	0,585
0,2	0,5370	0,07	1,93	0,70	0,569
0,3	0,5200	0,0812	1,9188	0,6888	0,558
0,4	0,5032	0,098	1,902	0,672	0,547

Результаты набухания грунта при поэтапном снятии нагрузки даны в таб­лице 2.2.

Таблица 2.2.

i, МПа	i
0	0,585
0,1	0,570
0,2	0,562
0,3	0,555
0,4	0,547

По численным значениям результатов измерения, представленных в табли­цах 2.1 и 2.2, построены компрессионная кривая и график набухания грунта после снятия нагрузки (см. рис.2.1).

Рис.2.1. Кривые уплотнения и набухания грунта.