Механические свойства нескальных грунтов

Принцип линейной деформации грунтов. При проектировании и строительстве зданий и сооружений необходимо обеспечить достаточную надежность основания и самих грунтовых сооружений по прочности (устойчивости) и деформациям.

Грунты представляют собой сложную систему, состоящую из разнообразных частиц (для скальных грунтов — из блоков), взаимно связанных и обладающих различными механическими свойствами. Основная их особенность заключается в том, что они не являются сплошными телами, и применение к ним теорий напряжений, разработанных для сплошных упругих тел, требует принятия некоторых допущений, особенно для нескальных грунтов.

При действии нагрузок грунт уплотняется (сжимается) в результате уменьшения объема пор. При этом, если поры грунта заполнены водой, то его сжатие может произойти только при условии выдавливания воды из пор, т. е. скорость уплотнения будет зависеть от скорости фильтрации воды. При дальнейшем увеличении нагрузки возникают касательные напряжения, которые стремятся сдвинуть частицы грунта. В том случае, когда касательные напряжения превышают сопротивление сдвигу, начинается смещение частиц и наступает разрушение грунта.

Процесс уплотнения и разрушения грунта можно наглядно выразить графиком (рис.1) зависимости деформаций е в основании фундамента от нормальных напряжений о при постепенном росте нагрузки. На первом участке все деформации (осадки) протекают в результате уплотнения грунта, т. е. за счет изменения объема пор грунта, и являются практически линейными. Участок прямолинейной зависимости принято называть стадией уплотнения грунта.

На втором участке графика, где под действием возрастающей нагрузки начинается сдвиг частиц относительно друг друга,. зависимость между нормальными напряжениями и нагрузкой приобретает криволинейный характер. Этот участок носит название стадии сдвигов, или выпирания, грунта. При дальнейшем увеличении нагрузки на фундамент резко увеличиваются деформации сдвига, что вызывает нарастание осадки фундамента уже без повышения нагрузки, т. е. происходят полное разрушение грунта и выпор его из-под фундамента. На стадии разрушений грунта осадка нарастает мгновенно.

Во избежание разрушения основания сооружения необходимо, чтобы нагрузки, передаваемые на грунт, соответствовали' по своим значениям стадии уплотнения и не превосходили предела пропорциональности между напряжениями и деформациями. Это ограничение позволяет рассматривать грунты как линейно деформируемые тела и сформулировать для них принциплинейной деформируемости: при небольших изменениях напряжений с достаточной для практических целей точностью можно считать зависимость между общими деформациями и напряжениями для грунтов линейной. На этом допущении о линейной деформируемости грунтов основаны расчеты напряжений и деформаций грунтовых сооружений и оснований.

Эффективные и нейтральные напряжения в грунте. При испытании грунтов на сжатие рассматривают напряжения в скелете грунта уг и напряжения в поровой воде уw. Напряжения в скелете грунта называют эффективными напряжениями, так как они, действуя на частицы грунта, уплотняют и упрочняют их. Напряжения в поровой воде называют нейтральными напряжениями, так как: они создают лишь напор в воде и не уплотняют грунт.

Рис № 1

Для любого момента времени в грунте, все поры которого заняты водой, полное напряжение равно сумме эффективного и нейтрального: у=уz+уw.

Эффективное напряжение всегда передается только через точки и площадки контактов твердых частиц, а нейтральные — через поровую воду и, если оно положительно (выше гидростатического), его называют пор о вы м напряжением U. Эффективное напряжение в любой точке водонасыщенного грунта равно разности между полным и поровым: уz= у-U.

По мере отжатия воды из пор грунта под нагрузкой поровое" напряжение постепенно убывает, а напряжение в скелете грунта увеличивается и к моменту завершения консолидации достигает значений уz= у. Скорость изменения величин уz и U зависит от фильтрационных свойств грунта.

Поровое напряжение измеряют в полевых и лабораторных условиях с помощью специальной аппаратуры. Особенно важное значение имеют показания приборов, заложенных в основании и в теле гидротехнических грунтовых сооружений. Располагая значениями уw, можно прогнозировать деформации грунтового массива на любой момент времени и судить о прочностных характеристиках грунта, которые достигают максимума при значении U=0, т. е. при полной передаче нагрузки на скелет грунта.

Рис № 2. Компрессионный прибор.

1. — пористое дно. 2 — ванна для воды, используемая при изучении водонасыщенных грунтов. 3 — кольцо. 4 — поршень. 5 — нагрузка. 6 — измеритель осадки. 7 — образец грунта. 8 -фильтровальная бумага.

Рис № 3. Компрессионная кривая зависимости коэффициента пористости (доли единицы) грунта напряжения о

1 — кривая нагрузки. 2 — кривая разгрузки. 3 — отрезок прямой Сжимаемость нескальных грунтов. Сжимаемостью называют способность грунтов при воздействии внешних нагрузок: изменять свой объем за счет уменьшения пористости и увеличения плотности.

Сжимаемость грунтов изучают в лабораторных и полевых условиях.

В лаборатории исследование грунта на сжатие проводят обычно в одометрах, без возможного бокового расширения грунта при действии сплошной равномерно распределенной нагрузки (рис. 2). Для глинистых и песчаных грунтов компрессионные испытания проводят, в одометрах площадью 40 и 60 см² при высоте образца 20—25 мм. Сжимаемость крупнообломочных грунтов изучают в приборах, где высота и диаметр образца не менее чем в 5—6 раз превышают размер максимальной фракции исследуемого грунта (лучшее соотношение — в 10 раз). Обычно при исследовании крупнообломочных грунтов размеры одометров превышают 1 м. ,.

При испытании сжимают образец давлением, которое прикладывают для глинистых грунтов ступенями в 0,05; 0,1; 0,2; 0,3 и 0,5 МПа. Для крупнообломочных грунтов в зависимости от расчетных напряжений в плотине ступени давления в приборе доводят до больших значений.

Время, необходимое для стабилизации осадки образца при каждой ступени давления, зависит от вида грунта. В крупнообломочных и песчаных грунтах этот процесс происходит быстро и время стабилизации измеряется минутами, а в глинистых грунтах он может длиться сутками.

По результатам испытаний строят компрессионную кривую (рис. 3), .которая отражает зависимость пористости грунта от. На основании полученных данных определяют модуль общей деформации грунта Е0, коэффициент сжимаемости, а и модуль осадки грунта ер.

Модуль общей деформации грунта выражает отношение сжимающего напряжения к относительной деформации; сжатия:

где е0 — начальный коэффициент пористости грунта, доли единицы; а — коэффициент сжимаемости, МПа-1; в— коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения.

Коэффициент сжимаемости грунта равен отношению изменения коэффициента пористости к сжимающему напряжению:

Модуль осадки ер показывает размеры деформации (в миллиметрах) слоя грунта толщиной 1 м при приложению к нему дополнительного напряжения у:

где h0 — начальная высота образца, м; h — деформация образца грунта, мм.

В инженерной практике для характеристики сжимаемости используют классификацию грунтов по значению модуля осадки при у = 0,3 МПа (по Н. Н. Маслову) (табл. 7.6).

Определение сжимаемости грунтов в полевых условиях. Полевые испытания сжимаемости грунтов при инженерно-геологических изысканиях для гидротехнического строительства проводят статическими нагрузками на грунт посредством штампов; и прессиометров. Качественные показатели сжимаемости могут быть получены ускоренными методами динамического и статического зондирования.

Рис № 4 Схема установки в шурфе системы для определения сжимаемости грунта:

1 — штамп. 2 — шланг к насосу. 3 — гидравлический домкрат. 4 — опорные катки. 5 — анкерная свая. 6 -опорная балка. 7 — прорези для рычагов. Все размеры на рисунке даны в сантиметрах Основным методом определения сжимаемости грунтов в полевых условиях является нагружение статическими нагрузками штампов, установленных в шурфе (рис. 4). Штамп — это стальная плита толщиной до 20 мм, усиленная ребрами жесткости. Для проведения опытов могут быть использованы также железобетонные блоки. Форма штампа в зависимости от фундамента, который она моделирует, может быть квадратной, круглой или прямоугольной.

В зависимости от плотности и консистенции изучаемых грунтов используют штампы площадью от 2500 до 10 000 см². Наиболее распространен круглый штамп площадью 5000 см² (диаметром 79,8 см). Для создания под штампом заданного напряжения применяют нагрузочные устройства — домкраты — или тарированные грузы, укладываемые на платформу. Реактивные силы, развиваемые в системе в результате работы домкрата, погашаются винтовыми анкерными сваями и массой упорных балок.

Осадки штампа измеряют с помощью прогибомеров, установленных на выносной рейке. До проходки шурфа непосредственно рядом с ним необходимо пройти скважину для уточнения геологического разреза и отбора проб грунта ненарушенной структуры с отметки ниже глубины установки штампа на 1,5—2 м. Желательно по углам шурфа провести динамическое и статическое зондирование, а также прессиометрические исследования для выяснения однородности механических свойств исследуемой толщи грунтов. Результаты зондирования надо использовать также для выявления корреляционных зависимостей между показателями, полученными основным и ускоренным методами определения сжимаемости грунтов непосредственно для данного участка.

При проходке шурфа на отметке установки штампа вне его контура отбирают два монолита грунта размером 15×15×15см для лабораторных исследований. Подготовленный забой шурфа выравнивают мелкозернистым песком. Установленный штамп притирают к грунту двумя-тремя поворотами вокруг оси, проверяя по уровню горизонтальность, его положения.

Таблица1.

Испытания начинают с предварительного уплотнения грунта давлением, равным природному на отметке подошвы штампа. Предварительное уплотнение грунта и последующую загрузку штампа производят ступенями. Каждую ступень выдерживают определенное время. Последнюю ступень, давления предварительного уплотнения и каждую последующую ступень выдерживают до момента практического затухания осадки (условной стабилизации). Время стабилизации каждой последующей ступени должно быть не менее предыдущей.

Значения ступеней давления, продолжительность их выдерживания и время приращения осадки, принимаемой за ее стабилизацию, для различных грунтов приведены в табл. 1.

Наибольшее давление на штамп при испытании нескальных грунтов не должно превышать 1 МПа, а общее число ступеней должно быть не менее семи.

Осадку штампа фиксируют не менее чем двумя прогибомерами с точностью 0,01 мм. Отсчеты по манометрам и прогибомерам при приложении каждой ступени давления берут в таком порядке: первый отсчет сразу после приложения давления, затем два отсчета через 5 мин и два отсчета через 10 мин в течение первого получаса; затем через каждые 15 мин в течение второго получаса; через 30 мин в течение второго и третьего часа и далее через каждый час до условной стабилизации осадки.

После достижения максимального давления разгрузку штампа производят ступенями вдвое большими, чем загрузку. Выдерживание каждой ступени разгрузки составляет в песчаных грунтах 15 мин, а в глинистых — 30 мин. Отсчеты берут в начале и конце времени выдерживания ступени давления. Последний отсчет берут в песчаных грунтах через 1 ч и в глинистых — через 2 ч после полной разгрузки штампа.

При обработке материалов испытаний нескальных грунтов опытными нагрузками на штамп составляют схему расположения опытного участка и колонку шурфа, график зависимости' осадки штампа от давления (рис. 5) и график осадки штампа во времени по ступеням давления.

Рис № 5 Схема прессиометра:

1 — зонд. 2 — обсадные трубы. 3 — напорная гидромагистраль. 4 -водомерное устройство. 5 — воздушные шланги. 6 — водяной насос. 7 — пульт управления. 8 — газовый баллон.

деформация грунт сжимаемость сопротивление.

Рис № 6 График зависимости осадки штампа от давления:

1 — кривая осадки. 2 — предел пропорциональности. 3 — предельное давление. 4 — ступени давления и осадки.

Модуль общей деформации; грунта Е0 вычисляют для прямолинейного участка графика зависимости осадки штампа от давления по формуле.

где н— коэффициент Пуассона; D — диаметр штампа, см; Ду — приращение давления на штамп, МПа; ДS— приращение осадки штампа, см.

Прессиометрические исследования проводят в разведочных скважинах для определения показателей деформируемости грунтов. Прессиометр представляет собой резиновую цилиндрическую камеру, которую опускают в скважину на заданную глубину и расширяют (рис. 5). Давление в камере создают с помощью баллона со сжатым воздухом и передают его жидкостью, заполняющей всю систему. Увеличение объема камеры приводит к возникновению в грунте напряжений и соответствующих деформаций. Деформации камеры определяют по расходу жидкости в системе. По данным исследований строят графики зависимости деформаций от напряжений (рис.5).

Рис № 7 График зависимости деформации от напряжения при испытании пресснометром.

1 — упругих деформаций; 2 — пластических деформаций; 3 — больших перемещений:

Рис № 8 Конический наконечник для зондирования.

Все размеры даны в сантиметрах Модуль деформации грунта определяют из уравнения.

где л, — постоянный для данного прессиометра коэффициент, см3; Ду — изменение напряжений, МПа; ДV—изменение объема рабочей камеры прессиометра, см3.

Преимущество прессиометрических исследований заключается в возможности проведения испытаний грунтов на больших глубинах. Согласно разработкам Гипропроекта, опробование грунтов может быть проведено на глубинах до 100 м. Однако в прессиометрах напряжения на грунт создаются в горизонтальном направлении, и при исследовании анизотропных грунтов в основании сооружений необходимо вводить в показания прибора соответствующие поправки.

Кроме перечисленных выше существует ряд ускоренных методов, которые в целом дают качественную характеристику состояния грунтов и используются для выявления степени однородности геологического разреза.

Динамическое и статическое зондирование основано на измерении сопротивления горной породы погружению металлического конуса диаметром 74 мм с углом при вершине 60° (рис. 8), который навинчивается на штанги диаметром 42 мм. При динамическом зондировании его забивают молотом массой 60 кг, свободно падающим с высоты 80 см. При статическом зондировании конус задавливают без ударов. Опыты можно проводить в песчаных и глинистых грунтах, не более 20% гальки и щебня. Для динамического зондирования применяют установки типа УБП-15, а для статического — установку С-979 и др. С помощью этих установок можно изучать геологический разрез на глубину до 30 м.

По результатам зондирования можно установить степень, однородности грунтов, положение границ между слоями различных пород, а также глубину залегания слоя, до которого могут быть забиты сваи. Плотность песков по результатам динамического зондирования может быть определена на основании данных, приведенных в табл. 7.8.

При подсчетах числа ударов необходимо учитывать влияние трения штанг о грунт и изменение массы штанг в процессе их наращивания при заглублении зонда. Число ударов Nпр с учетом поправки определяют по формуле Значения поправочного коэффициента, а в зависимости от глубины погружения конуса приведены ниже:

Интервал зондирования, м. 0—2 2—4 4—6 6—8 8—10Поправочный коэффициент, а. 1 0,86 «0,76 0,68 0,62.

Интервал зондирования, м. 10—12 12—14 14—16 16—18 18—20.

Поправочный коэффициент, а. 0,56 0,52 0,48 0,44 0,42.

Консистенцию глинистых грунтов можно приближенно определить по результатам динамического зондирования на основании следующей шкалы (по числу ударов на 10 см погружения зонда):

Текучая <4 Тугопластичная.. 20—25'.

ТекучепластичПолутвердая. .. 25—30'.

пая 4—12 Твердая, .. .. >30'.

Мягкопластичная 12—20.

Полевые записи при зондировании ведут в журнале. После каждых пяти ударов молота замеряют нарастающую глубину погружения зонда в грунт и, когда погружение достигает 10 см, подсчитывают число ударов с учетом поправочного коэффициента.

По результатам зондирования строят графики, на которых по вертикали откладывают глубину, а по горизонтали — число ударов, приходящееся на 10 см погружения зонда (рис. 9).

Сопротивление нескальных грунтов сдвигу. Сопротивление грунта сдвигу определяется предельными значениями напряжений, при которых начинается его разрушение. Показатели сопротивления сдвигу характеризуют прочность грунта и относятся к категории прямых расчетных величин. Их используют для оценки несущей способности грунтов и устойчивости различных инженерных сооружений. Особенно велика их роль при определении устойчивости напорных гидротехнических сооружений.

Рис № 9 График ударного зондирования грунтов:

1 — критическая глубина. 2 — измеренные значения N. 3 — усредненные значения N.

Завышение показателей сопротивления сдвигу может привести к нарушению устойчивости сооружения, а занижение — к утяжелению его конструкций и повышению стоимости строительства. Прочность грунтов в настоящее время оценивают в основном теорией Мора, согласно которой разрушение тела происходит при определенном соотношении нормальных и касательных напряжений.

Параметры, характеризующие сопротивление грунтов сдвигу, можно определить лабораторными и полевыми методами. В лабораторных условиях обычно применяют сдвиговые одноплоскостные приборы и приборы трехосного сжатия (стабилометры), а в полевых используют методы сдвига штампов и целиков, вращательного среза крыльчаткой и пенетрации.

Для получения наиболее достоверных данных надо правильно сочетать полевые и лабораторные методы и проводить опыты в условиях, максимально приближенных к условиям работы грунта как основания или материала сооружения.

Лабораторные методы определения сопротивления сдвигу нескальных грунтов имеют ряд стандартных схем испытаний: быстрый сдвиг, медленный, недренированный, консолидированный и др.

Рис № 10

Прибор РПС для исследования сопротивления сдвигу грунтов на монолитах больших размеров:

1 — платформа для грузов. 2 — рычаг горизонтальной нагрузки. 3 — блоки 4 — трос 5,6 — верхняя и нижняя обоймы 7 — регулирующий винт 8 — рычаг вертикальной нагрузки 9 — рычаг.

Рис № 11 Сдвиг одноплоскостного сдвига грунта:

1- образец грунта. 2 — пористый штамп. 3,4 — верхняя и нижняя обоймы При выборе схемы испытания следует руководствоваться реальным напряженным состоянием и условиями работы грунта для каждого конкретного случая. Например, в случае интенсивного нагружения грунтов с низкими коэффициентами фильтрации (R<10−5 см/с), когда не успевает рассеяться поровое напряжение, испытания в лаборатории необходимо вести в стабилометрах по недренированной схеме или на одноплоскостных приборах по схеме быстрого сдвига. При плавном увеличении нагрузки на основание (например, при послойной отсыпке и укатке грунтовых сооружений) для того же грунта целесообразнее применять консолидированную схему испытаний в приборе трехосного сжатия и медленный сдвиг на приборе одноплоскостного сдвига.

В настоящее время большое распространение получили испытания на одноплоскостных сдвиговых приборах. Наряду с простотой проведения опытов эти приборы хорошо моделируют поведение слоистых грунтов, слабых прослоек, контактов и трещин, в которых при нагружении может проявиться плоский сдвиг. В остальных случаях наиболее достоверные данные о прочности грунтов могут быть получены путем испытаний в стабилометрах, где с большей точностью могут быть воспроизведены природное напряженное состояние грунта и условия его работы в сооружении.

При испытании в одноплоскостных приборах срез образца грунта происходит по фиксированной плоскости. В настоящее время применяют сдвиговые приборы различной конструкция, однако наиболее широко используется прибор конструкции.

Рис № 12 Диаграммы предельных сопротивлений грунтов сдвигу

Грунты:

а — сыпучие; б — связные. угол внутреннего трения с — сцепление.

Рис № 13 Схема прибора трехосного сжатия (стабилометр):

1 — манометр для измерения бокового давления 2 — образец грунта. 3 — резиновая оболочка. 4 — верхний поршень 5 — испытательная камера, наполненная жидкостью. 6 — жидкость. 7 — манометр для измерения давления внутри резиновой оболочки. 8 — то же, для измерения нормального давления.

Маслова — Лурье, модернизированный Гидропроектом (модель ГГП-30). Прибор применим для испытаний песчаных и глинистых грунтов с естественной и нарушенной структурой.

Для исследований монолитов большого размера применяют стендовые сдвиговые приборы с площадью среза 1225 см² конструкции Гидропроекта РПС с рычажной системой нагрузок (рис. 10.) и ГПС с гидравлическими домкратами. Для исследований крупнообломочных грунтов используют приборы конструкции Средазгидропроекта и ВОДГЕО с площадью среза до 10 000 см².

Принцип испытаний грунтов на всех типах одноплоскостных приборов заключается в следующем. При заданном вертикальном напряжении о определяют линейное сдвигающее напряжение ф, при котором возникают незатухающие прогрессивно возрастающие деформации сдвига одной части образца по другой (рис. 11). Обычно испытания проводят на трех идентичных образцах грунта при различных значениях вертикальных напряжений. Каждому значению, а соответствует некоторое определенное значение т. По результатам опытов строят диаграмму — предельного сопротивления сдвигу, откладывая на вертикальной .оси предельное сдвигающее напряжение фпр, а по горизонтальной—соответствующее сжимающее напряжение у (рис. 12),.

Предельное сопротивление сдвигу несвязных грунтов в диапазоне сжимающих напряжений от 0 до 1 МПа представляет особой прямую, исходящую из начала координат и наклоненную под углом ц к оси давлений (см. рис. 12, а). Сдвигающее напряжение можно рассчитать по формуле Сопротивление несвязных (сыпучих) грунтов сдвигу — это сопротивление их трению, поэтому угол ц называют углом внутреннего трения, а величину tg ц — коэффициентом внутреннего трения. Предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу практически прямо пропорционально нормальному давлению. Эта зависимость в механике грунтов носит название закона Кулона.

Для нормально уплотненных связных грунтов диаграмма сдвига в диапазоне сжимающих напряжений от 0 до 0,07 МПа также может быть описана уравнением прямой линии (см. рис. 7.13,6). Уравнение прямой для связных грунтов имеет следующий вид:

где с — сцепление.

По аналогии с сыпучими грунтами tgф носит название коэффициента внутреннего трения, а параметр с — сцепления. Согласно Н. Н. Маслову, сцепление состоит из двух слагаемых: с = сс + сw, где сс — жесткое структурное сцепление, необратимое при разрушении; сw — пластичное сцепление, обусловленное водно-коллоидными обратимыми связями.

При испытании грунтов в приборах трехосного сжатия (стабилометрах) образец, помещенный в тонкую резиновую оболочку, подвергают всестороннему боковому обжатию жидкостью (у2 = уз). Вертикальное сжимающее усилие 01 передается на образец через шток. Особенность конструкции стабилометра (рис. 13) заключается в том, что пространство между резиновой оболочкой, в которой находится образец грунта, и жесткими стенками металлического цилиндра заполняют водой или другой жидкостью и герметически закупоривают.

Деформация сжатия происходит без трения грунта о боковые стенки прибора. Во время испытания замеряют поровое давление воды по торцам образца грунта по манометру, осевые деформации по индикатору и объемные изменения по волюмо-метрической трубке. Известны стабилометры фирмы «Farnell» (Великобритания), Soil test (США), а также приборы конструкции НИСа Гидропроекта, ЛИИКТа и ДИИТа (Россия), которые применяют при определении параметров прочности и деформируемости глинистых и песчаных грунтов. Для исследований крупнообломочных грунтов используют крупногабаритные стабилометры типа ПТС-220 и ПТС-300 конструкции НИСа Гидропроекта и ряда других организаций.

Рис № 14 Построение предельной огибающей для связных грунтов в полных и эффективных напряжениях

Испытания грунтов в стабилометре обычно проводят следующим образом. Вначале образец грунта нагружают всесторонним давлением у2=у3. После стабилизации деформаций дают осевую нагрузку, которую прикладывают увеличивающимися; ступенями до разрушения образца. Результаты испытаний позволяют определить сдвиговые параметры грунта в полных и эффективных напряжениях. Предельную кривую находят как огибающую кругов Мора, соответствующих разрушению грунта. Для построения круга 'Мора на оси абсцисс" откладывают максимальные и минимальные главные напряжения у1 и у3 и на их разности как на диаметре строят окружности. Если для каждого испытания определено поровое давление, то строят предельную огибающую также в эффективных напряжениях (рис. 14), где уг=у-U.

Для получения показателей сопротивления сдвигу связного грунта (с и ц) необходимо как минимум два испытания на идентичных образцах грунта при различных значениях бокового давления у2=у3. Для сыпучих грунтов угол внутреннего трения можно определить по одному кругу предельных напряжений, т. е. по одному испытанию, так как известны у1 и у3(рис. 14).

Определение сопротивления нескальных грунтов сдвигу в полевых условиях. К наиболее распространенным полевым методам определения показателей сопротивления сдвигу нескальных грунтов относятся сдвиги целиков и вращательные срезы при кручении крыльчатки.

Преимущество полевых методов определения показателей сопротивления сдвигу заключается в возможности проведения исследований на грунтах, находящихся в природном состоянии; и исследования в естественном залегании связных грунтов,. имеющих мягкои текучепластичную консистенцию, что практически невозможно в лабораторных условиях.

Однако все полевые методы трудоемки и ими не всегда можно провести достаточное число определений. Поэтому необходимо стремиться к рациональному сочетанию полевых и лабораторных методов,. Сдвиг целиков грунта проводят по двум схемам: 1) при действии вертикальных и горизонтальных сил; 2) под действием силы, направленной под углом к плоскости сдвига.

Рис № 15 Определения угла внутреннего трения сыпучих грунтов по результатам испытаний в приборе трехосного сжатия.

Рис № 16 Схема установки для испытания на сдвиг по заданной плоскости целика грунта в шурфе.

1 — груз. 10 — целик. 2 — упорная балка. 11 — каретки. 3 — тележка. 12 — направляющие пластинки. 4 — динамометр. 13 — задняя плоскость сдвига 5 — домкрат. 6 — плита. 7 — железобетонная обойма. 8 — динамометр.9 — упорная плита.

По первой схеме на оставленный на дне шурфа целик плотно надевают обойму и прикладывают к нему вертикальную и горизонтальную нагрузки. Их создают гидравлическими домкратами, причем реактивные силы, возникающие в результате работы домкратов, гасятся упорной балкой и упорной плитой. Для получения параметров сдвига необходимо провести два-три испытания на идентичных грунтах при различных значениях нормальных напряжений. Для проведения опытов по этой схеме используют установки Гидропроекта, Фундаментпроекта, МИСИ, ДИИТа и других институтов. На рис. 16 в качестве примера приведена установка конструкции НИИОСП.

Рис № 17 Схема испытаний сопротивления сдвига грунтов методом ВНИМИ с расположением домкрата наклонно (а) и вертикально (б).

1 -плита. 2 -домкрат. 3 -плоскость сдвига.

Рис № 18 Рабочая часть крыльчатого зонда.

По второй схеме рис 17 разработанной ВНИМИ, призму грунта нагружают с помощью одного домкрата в таком направлении, которое позволяет сдвинуть ее по заданной плоскости.

Давление домкрата при этом раскладывается на силы, действующие в плоскости сдвига и нормально к ней.

Вращательные срезы лопастным прибором — крыльчаткойприменяют для определения сопротивления сдвигу однородных иловатых текучепластичных глинистых пород, не содержащих крупных включений. Рабочий орган крыльчатого зонда (рис 18) состоит из двух или четырех лопастей, которые на штангах спускают на зачищенный забой скважины и вдавливают в него. После этого лопасти поворачивают и замеряют крутящий момент. Зная значение момента и размеры лопастей, рассчитывают сопротивление сдвигу по формуле.

Где М — крутящий момент; d и h диаметр и высота цилиндра вращения.