Определение угла естественного откоса грунтов

Углом естественного откоса ?, град., называется угол, при котором неукрепленный откос песчаного грунта сохраняет равновесие или угол наклона поверхности свободно насыпанного грунта к горизонтальной плоскости.

Определение угла естественного откоса имеет важное значение при проектировании грунтовых сооружений: насыпных и намывных плотин, дорожных насыпей, дамб обвалования, хвостохранилищ, а также для оценки устойчивости естественных откосов и для проведения мероприятий, но их укреплению.

В тех случаях, когда сопротивление сдвигу' частиц определяется лишь силами трения. угол естественного откоса совпадает с углом внутреннего трения {? = ?о). Однако в реальных грунтах сопротивление сдвигу' зависит не только от сил трения, но также от зацепления частиц и других факторов, влияющих на ?, т. е.

где ? р, — составляющая за счет трения; ? _Л — то же, за счет зацепления; ? _с — то же, за счет среза частиц.

Составляющая ? _Т зависит от минерального состава частиц, наличия поверхностных пленок и др., ? _Л — от шероховатости поверхности и плотности упаковки частиц, а ? _с — от окатанности и формы частиц грунта. Поэтому значения ? и ? о обычно различаются, особенно для плотных и неоднородных по структуре песков. Однако угол естественного от коса ? о является легко определяемой и удобной характеристикой прочности несвязных грунтов. Способ применяется только для приближенного определения величины внутреннего трения сыпучих грунтов — чистых песков. В чистых песках приближенно величина угла внутреннего трения соответствует углу естественного откоса, т. с. углу, при котором неукрепленный откос песчаного грунта является устойчивым [50].

Угол естественного откоса определяют на приборе УВТ (рис. 8.44), который состоит из металлического столика-поддона, обоймы и резервуара. Поддон установлен на тpex опорах и перфорирован отверстиями диаметром 0,8…1,0 мм для водонасыщения песка. Шкала, укрепленная в центре столика-поддона, имеет деления от 5° до 45°, по которым определяется угол откоса.

Рис. 8.44. Прибор для определения угла естественного откоса песчаных грунтов: а схема прибора: 1 резервуар: 2 крышка резервуара: 3 обойма: 4 столик: 5 перфорированное дно: 6 — шкала: 7 — опора: б — общий вид приборов.

Определение угла естественного откоса в воздушно-сухом состоянии. На столик устанавливают обойму, в которую через воронку насыпают песок до ее заполнения, слегка постукивая по обойме. Осторожно, стараясь не рассыпать песок, вертикально поднимают обойму и, но вершине образовавшегося песчаною конуса берут отсчет по шкале.

Опыт повторяют 3 раза и рассчитывают среднее арифметическое показание. Расхождение между повторными определениями не должно превышать 1 градус.

Определение угла естественного откоса песка под водой. После заполнения обоймы песком резервуар наполняют водой и после полного насыщения пробы определяют угол естественного откоса.

Для предварительного назначения откосов котлованов и карьеров рекомендуется руководствоваться значениями углов, близкими к углам естественного откоса грунта (табл. 8.61).

Таблица 8.61.

Угол естественного откоса насыпных грунтов

На величину угла естественного откоса (#>") несвязных грунтов влияет однородность их гранулометрического состава: монодисперсные грунты обладают большим значением ?о, чем полидисперсные грунты такого же минерального состава. Это объясняется тем, что в смеси мелкие частицы заполняют промежутки между крупными, что облегчает их смешение по поверхности откоса.

Большое влияние на трение между частицами несвязного грунта оказывает наличие в грунте жидкостей, присутствие которых снижает ?. В несвязных песчаных грунтах влажность существенно влияет на угол внутреннего трения. С ростом влажности песка до максимальной молекулярной влагоемкости величина ?о закономерно снижается за счет постепенного уменьшения трения и достигает минимума при максимальной молекулярной влагоемкости. Дальнейшее увеличение влажности песка приводит к образованию капиллярной связности между частицами; за счет этого угол внутреннего трения начинает увеличиваться и достигает максимума при влажности капиллярной влагоемкости, когда силы капиллярного притяжения между частицами наибольшие. Последующее увеличение влажности песка снижает капиллярную связность, трение на контактах частиц снижается, и угол внутреннего трения постепенно уменьшается, достигая минимального значения в состоянии полного водонасыщения песка [50].