61. Сопротивление грунтов сдвигу. Закон Кулона дл песчаных и глинистых грунтов. Схема испытания грунтов на сдвиг.

(Определяется в лаборатории опытным путем с использованием сдвигового прибора, для грунтов ненарушенной структуры.)

Сдвиговой прибор представляет собой толстостенный цилиндр, состоящий из 2 частей, одна из которых неподвижна, а другая может смещаться на величину S от действия сдвигающей нагрузки Т.

В прибор помещается образец грунта и нагружается давлением Р₁, затем прикладываем ступенями сдвигающую нагрузку (Т), происходит сдвиг (разрушение образца) при τ₁.

Берём второй образец с Р₂ и получаем τ₂.

Существуют большое разнообразие типов сдвиговых приборов, применяемых в лабораторных испытаниях. На ниже приведенных фотографиях представлено изображение автоматизированного сдвигового прибора, входящего в комплекс автоматизированных систем измерения (АСИЗ).

Результаты испытаний на сдвиговом приборе могут быть представлены следующей схемой:

Здесь:

• φ – угол внутреннего трения грунта;

• Р_е – давление связности;

• С – сцепление глинистого грунта (начальный параметр прямой).

На представленном рисунке приведены результаты испытаний (доведение до разрушений) 3 образцов грунта, обжатого давлениями Р₁< Р₂< Р₃(левый график представленной схемы). В результате в момент разрушения образца грунта получаем максимальные значения касательных напряжений сдвига τ_max1,τ_max2, τ_max3, значения которых откладываем на графике τ_max=τ_max(Р) (средний и правый графики представленной схемы). Различие в очертании графиков на данных схемах обусловлено свойствами песка и глины (обладающей способностью сцепления).

Таким образом, математическая формулировка III закона механики грунтов, или сопротивления грунта сдвигу (закон Кулона), может быть представлена зависимостью τ = С + f(Р) или сформулирована в следующим определением:

Сопротивление грунта сдвигу есть функция первой степени от нормального давления (при консолидированном состоянии грунта).

Представленные зависимости отражают работу грунта при консолидировано-дренированных испытаниях, что чаще всего отвечает работе возводимых сооружений.

Однако в ряде случаев, необходимо получать характеристики грунтов при неконсолидированном-недренированном состоянии – быстрый сдвиг (устойчивость стен котлованов, насыпей и т.д.), что имеет первостепенное значение для глинистых водонасыщенных грунтов.

На приведенной ниже схеме показано, что сопротивление быстрому сдвигу связных водонасыщенных грунтов зависит в основном только от влажности W . Такие грунты будут обладать лишь параметром сцепления (С) при практическом значении угла внутреннего трения равного нулю φ≈0.

В современных условиях развития механики грунтов, для определения сопротивления грунта сдвигу существует довольно много приборов и способов:

• Односрезные сдвиговые приборы.

• 2-срезные сдвиговые приборы.

• Приборы 3-осного сжатия (стабилометры).

• Зондирование.

• Искусственное обрушение откосов.

• Лопастные испытания (крыльчатка).

• Метод шарикового штампа.

Для изучения данных способов обращайтесь к дополнительной литературе.

Каковы пределы изменения φ?

Для сыпучих грунтов (песков)		Для глинистых грунтов; φ = f(W)
Мелкие пески	Крупные пески	Текучее состояние	Твёрдое состояние
φ от 24°	φ до 40°	φ = 0	φ до 45°

φ – основная прочностная характеристика грунта.