Метод одноплоскостного среза

Лабораторная работа № 3

Определение прочности грунтов в условиях одноплоскостного среза

Прочность грунтов оценивается их сопротивлением касательным напряжениям. При определенной величине касательных напряжений начинается сдвиг одной части грунта относительно другой остающейся неподвижной. Поверхность, отделяющая сдвигаемую часть грунта от неподвижной называется поверхностью скольжения. При расчете устойчивости откосов, подпорных стен и т.п. предполагается, что в любой точке поверхности скольжения сопротивление сдвигу грунта определяется условием прочности Мора – Кулона

 

, (1)

 

где - нормальное напряжение на плоскости сдвига (среза); - коэффициент трения; - силы сцепления.

 

Рис. 1. Схема нагружения образца грунта в приборе прямого среза

Рис. 2. Предельное напряженное состояние в условиях прямого среза и

его представление с использованием кругов Мора

 

 

Метод одноплоскостного среза

Цель испытаний.

Испытание грунта методом одноплоскостного среза проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивление грунта срезу угла внутреннего трения удельного сцепления c для песков (кроме гравелистых и крупных), глинистых и органо-минеральных грунтов.

 

Достоинства метода.

· быстрота и низкая стоимость испытаний для определения параметров прочности и песчаных, глинистых и гравелистых грунтов в нарушенном или ненарушенном состоянии;

· простота подготовки образцов грунта и использования приборов.

Недостатки метода.

- не измеряется поровое давление;

- плоскость среза зафиксирована и горизонтальная.

 

Оборудование для испытаний.

 

Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образца относительно другой его части касательной нагрузкой при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза.

Для глинистых грунтов по специальному заданию может быть проведен повторный срез образца по фиксированной плоскости - срез "плашка по плашке".

 

Примечание - Hе допускается испытывать грунты, выдавливаемые в процессе испытания в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки. В этом случае следует использовать метод лопастного среза в лабораторных или полевых условиях.

Схема испытаний показана на рис. 3.

 

Рис. 3. Конструктивная схема прибора одноплоскостного среза

 

В зависимости от условий создания касательной нагрузки различают статический и кинематический (непрерывное) способы наружения.

В статическом способе касательная нагрузка прикладывается ступенями по

5% от значения нормальной нагрузки, при которой производят срез. Hа каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций среза через каждые 2 мин, уменьшая интервал между измерениями до 1 мин в период затухания деформации до ее условной стабилизации.

За критерий условной стабилизации деформации среза принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм/мин.

При кинематическом способе создания касательной нагрузки скорость среза должна быть постоянной и соответствовать указанной в таблице 1. Деформации среза фиксируют не реже чем через 2 мин.

 

Таблица 1

Грунты	Скорость среза, мм/мин
Пески	0,5
Супеси	0,1
Суглинки	0,05
Глины с 30%	0,02
Глины с 30%	0,01

 

Испытания при статическом нагружении проводятся в приборе, конструкция которого показана на рис. 4, а при непрерывном нагружении в приборе, рис. 5.

 

 

Процедура определения параметров прочности

 

Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном напряжении. Для определения и необходимо провести не менее трех испытаний при различных значениях нормального напряжения.

 

Схемы испытаний

 

Испытания проводят по следующим схемам:

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

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

 

 

Рис. 4. Срезной прибор, статический способ создания касательной

нагрузки

 

 

Рис. 5. Срезной прибор, кинематический способ создания касательной

нагрузки

 

Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или в водонасыщенном состоянии, или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности (в т.ч. при полном водонасыщении), или образцы, отобранные из уплотненного массива, для искусственно уплотненных грунтов.

При этом образцы просадочных грунтов испытывают в водонасыщенном состоянии, а набухающих - при природной влажности.

 

Процедура статических испытаний

 

Неконсолидированно-недренированные испытания

 

1. Образец грунта помещают в большое кольцо и взвешивают.

2. Открыть краны и переместить срезную каретку в начальное положение до упора.

3. Снять верхнюю крышку прибора – этап 1.

4. Вставить кольцо с грунтом в верхний фланец прибора – этап 2.

5. Поставить вкладыш на торец образца, надавив рукой на вкладыш переместить образец грунта в нижнее кольцо – этап 3.

6. Поставить верхний штамп и закрепить ее откидными болтами – этап 4.

7. Поставить срезную каретку на силовую раму – этап 5.

8. Вывернуть стопорный винт до упора с верхним штампом – этап 6.

9. Закрыть краны – этап 7.

10. Закрепить датчик перемещений в держателе, так чтобы шток касался

срезной коробки – этап 8.

1. Запустить программу ASIS GEOTEK. Работа с программой подробно

описана в «Руководство пользователя.ГТЕК 425420.001 РП». Выставить датчик горизонтальных перемещений в начальное положение (рис.6, 7). Начальное положение показаний датчика перемещений не должно быть более 1-1,5 мм.

 

 

 

Рис. 6. Главное меню программы испытаний

 

Рис. 7. Контроль начальных показаний датчиков

 

 

Рис. 8. Ввод параметров образца

 

11. Используя меню программы ASIS GEOTEK (рис. 9) введите величину

нормального давления, при котором будет производиться срез образца. Значения нормального давления принимаются по табл. 2.

 

Таблица 2

Грунты	Hормальное давление МПа
Глинистые и органо-минеральные грунты с показателем текучести:
0,5	0,1; 0,15; 0,2
0,5 1,0	0,05; 0,1; 0,15
1,0	0,025; 0,075; 0,125

 

 

Рис. 9. Меню неконсолидированно-недренированных испытаний

 

13. Установить величину ступени касательной нагрузки не более 10% от значения нормального давления и время предварительного уплотнения 0,1 мин.

14. Установить интервал времени между ступенями касательной нагрузки 10 – 15 с.

15. Ввести величину предельной деформации среза не менее 5 мин.

16. Начать испытания.

 

Консолидированно-дренированные испытания

 

1. Выполнить предварительное уплотнение образцов грунта в приборе

предварительного уплотнения не менее трех образцов для каждой ступени нормального давления (табл. 3).

 

Таблица 3

Грунты	Hормальное давление при предваритель- ном уплотнении, МПа	Ступени давления, МПа
Пески средней крупности плотные; глины с 0	0,1; 0,3; 0,5	0,1
Пески средней крупности и средней плотности; пески мелкие плотные и средней плотности; супеси и суглинки с 0,5; глины с 0 0,5	0,1; 0,2; 0,3	0,05
Пески средней крупности и мелкие рыхлые; пески пылеватые независимо от плотности; супеси, суглинки и глины с 0,5	0,1; 0,15; 0,2	0,025 дo = 0,1 и далее 0,05
Примечание - Hормальное давление при предварительном уплотнении образцов просадочного грунта, испытываемых в водонасыщенном состоянии, должно составлять 0,3 МПа и возрастать ступенями = 0,05 МПа.

 

Каждую ступень давления при предварительном уплотнении выдерживают в течение времени, указанного в табл. 4, а конечную ступень – до достижения условной стабилизации деформации сжатия образца грунта.

 

Таблица 4

Грунты	Время насыщения образцов водой, не менее	Время выдерживания ступеней, не менее	Время условной стабилизации деформаций сжатия на конечной ступени, не менее
Пески	10 мин	5 мин	20 мин
Глинистые (непросадочные и ненабухающие):
- супеси	3 ч		2 ч
- суглинки с 12	6 ч		6 ч
- суглинки с 12	12 ч	30 мин	12 ч
- глины с 22	12 ч		12 ч
- глины с 22	36 ч		12 ч
Просадочные	Kак для непросадочных	30 мин	3 ч
Hабухающие	До достижения условной стабилизации деформации набухания - 0,1 мм за 24 ч	30 мин	Kак для ненабухающих

 

2. Выполнить действия по п. 1 – 11 неконсолидированно-недренированных испытаний.

3. Используя меню программы ASIS GEOTEK (рис. 10) введите величину

нормального давления, при котором будет производиться срез образца. Значения нормального давления принимаются по табл. 2.

 

 

Рис. 10. Ввод параметров консолидировано-дренированных

испытаний

 

 

4. Используя меню программы (рис. 10) введите время предварительно-

го уплотнения, не менее:

- 5 мин, для песков;

- 15 мин, для супесей;

- 30 мин, для суглинков и глин;

- 10 мин, при повторном срезе.

5. Установить величину ступени касательной нагрузки, которая должна

составлять 5% от значения нормальной нагрузки.

6. Ввести время стабилизации деформации сдвига – 1 мин.

7. Ввести период стабилизации деформации сдвига – 1 мин.

8. Ввести параметр стабилизации деформации сдвига – 0,01 мм.

9. Начать испытания.

В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении.