Определение сопротивления грунтов сдвигу методом плоскостного среза.

Изучение сопротивления пород сдвигающим усилиям проводится путем испытания образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах. В процессе испытания проводится срез одной части образца относительно другой его части постепенно возрастающей касательной нагрузкой при одновременной передаче на образец грунта нагрузки нормальной к плоскости среза. Сопротивление образцов грунта срезу определяется как касательное напряжение τ=Q/F при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при нормальном давлении р=Р/ F(МПа), где Р и Q – соответственно нормальная и касательная нагрузки к плоскости среза (Н), F- площадь среза, см². Лабораторные испытания грунтов для определения показателей сдвига – трения и сцепления – способом поперечного сдвига проводятся путем среза нескольких образцов. При сдвиге каждый срез дает точку для построения графика по оси абсцисс которого откладывают нагрузки Р, а по оси ординат – сдвигающие усилия τ. В результате получают зависимость выражающуюся уравнением Кулона τ=Рf+с. Согласно этому уравнению суммарное сопротивление сдвигу τ равно нормальному давлению на грунт (Р), умноженному на коэффициент трения плюс некоторая постоянная с, характеризующая сцепление в грунте. Из уравнения Кулона f=tgφ, где φ – угол внутреннего трения. Наличие величины с показывает, что даже при отсутствии нормального давления необходимо приложить некоторое усилие τ=с для достижения сдвига. В несвязных грунтах силы сцепления ничтожны и практически равны нулю.

Методика лабораторного определения сопротивления срезу применяется для исследования песчаных и глинистых грунтов и рекомендуется для: песчаных грунтов с заданной плотностью и влажностью или в условиях полного водонасыщения; глинистых грунтов природного сложения при природной влажности или в условиях полного водонасыщения; просадочных грунтов ненарушенного сложения в условиях полного водонасыщения после предварительного уплотнения при одном и том же нормальном напряжении равном 0,3МПа; набухающих грунтов ненарушенного сложения с природной влажностью; засоленных грунтов ненарушенного сложения с природной влажностью или в условиях полного водонасыщения после стабилизации вертикальных деформаций при заданном нормальном давлении; искусственно уплотненных глинистых грунтов на образцах отобранных из уплотненного массива, подготовленных в лаборатории с заданной плотностью сложения и влажностью или в условиях полного водонасыщения. В отдельных случаях (по заданию) сопротивление срезу может определяться для просадочных и засоленных грунтов на образцах ненарушенного сложения при природной влажности если она превышает влажность на пределе раскатывания или меньше влажности на пределе раскатывания; для засоленных грунтов на образцах предварительно выщелоченного грунта после стабилизации суффозионной осадки при заданном нормальном давлении; для набухающих грунтов на образцах ненарушенного сложения в условиях полного водонасыщения после стабилизации свободного набухания или набухания (уплотнения) при заданном нормальном давлении. Методика не распространяется на гравелистые и крупные пески, глинистые грунты, содержащие крупнообломочные включения размером более 5мм или свыше 20% по весу включений размером до 5мм, средне- и сильнозаторфованные грунты и торфы, а также на все виды грунтов в мерзлом состоянии. Определения сопротивления грунтов срезу следует проводить методами консолидированного и неконсолидированного среза.

Метод консолидированного среза. Метод следует применять для грунтов в условиях стабилизированного состояния – песчаных, глинистых с показателем текучести менее или раном 1, с коэффициентом пористости для супесей и суглинков менее или равном 1 и для глин с коэффициентом пористости менее или равном 1,5.

Метод неконсолидированного среза. Методом неконсолидированного среза испытывают образцы ненарушенного сложения суглинков и глин которые в природном залегании находятся в водонасыщенном состоянии (при коэффициенте водонасыщения более или равном 0,85) и имеющие показатель текучести более или равный 0,5, а также образцы просадочных грунтов приведенные в водонасыщенное состояние замачиванием без приложения нагрузки.

Прочностные характеристики грунта – угол внутреннего трения φ (град) и удельное сцепление с (МПа) можно получить по графику зависимости τ=f(Р), при этом величину с определить как отрезок прямой τ=f(Р) на оси ординат, а тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс есть тангенс угла внутреннего трения tgφ. Показатели сопротивления срезу можно также вычислить по формулам

, , где n – число определений.

Величины τ, с, φ полученные по методу неконсолидированного среза обозначить τ_н, с_н, φ_н. По значениям сопротивления грунта срезу (τ), относящимся к одному инженерно-геологическому элементу устанавливать нормативные и расчетные значения прочностных характеристик грунта.

Испытания грунта методом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристик φ, с, с_н, Е и коэффициента поперечной деформации v для песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов. Эти характеристики определяют по результатам испытаний грунта в камерах трехосного сжатия, дающих возможность бокового расширения в условиях трехосного осесимметричного статического нагружения при σ₁≥σ₂=σ₃, где σ₁ –максимальное главное напряжение, σ₂ и σ₃ минимальные они же промежуточные главные напряжения. Испытания проводят по следующим схемам: Неконсолидированно-недренированное испытание – для определения сопротивления недренированному сдвигу водонасыщенных глинистых, органо-минеральных и органических грунтов природной плотности; консолидированно-недренированное испытание – для определения характеристик прочности глинистых, органо-минеральных и органических грунтов в нестабилизированном состоянии; консолидированно-дренированное испытание – для определения характеристик прочности и деформируемости любых дисперсных грунтов в стабилизированном состоянии. Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью, или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности. Испытания для определения характеристик прочности проводят не менее чем для трех образцов при различных значениях всестороннего давления на образец. Исследования механических свойств грунтов методом трехосного сжатия проводятся в стабилометре.

Динамические свойства грунтов. Общие положения.

Динамические свойства это группа физико-механических свойств грунтов, определяющих их реакцию на действие динамических нагрузок. Вопросы динамической неустойчивости важны при решении практических задач. Разупрочнение грунтов происходит при действии нагрузок разного характера – землетрясениях, взрывах, вибробурении, вибропогружении свай, движении транспорта, при работе различных машин – турбоагрегатов, центрифуг, дробилок, прессов и т.д.

При анализе эффекта динамического воздействия на грунты необходимо учитывать влияние различных факторов, их можно разделить на две группы: 1. факторы, характеризующие состав и состояние самого грунта (дисперсность, влажность, плотность, минеральный состав, содержание органического вещества, концентрация порового раствора, состав обменных катионов, микробиологический фактор, температура грунта). 2. факторы, характеризующие внешнее воздействие (амплитуда, частота, ускорение и длительность воздействия, направление и режим колебаний – гармонический, импульсный, непереодический, величина нормальной нагрузки).

По особенностям воздействия на грунт весь спектр природных и техногенных динамических нагрузок можно разделить на две группы – вибрационные и импульсные. Вибрационные нагрузки характеризуются непрерывным изменением напряжений во времени, импульсные – наличием интервалов между импульсами, высокой резкостью колебаний и очень крутым фронтом волны (только непосредственно вблизи источника), наличием высокочастотных составляющих. Формы поведения грунтов при динамических нагрузках могут быть сведены к нескольким вариантам

Возможные варианты реакции грунтов на динамическое нагружение