3267

10. После окончания испытания снять нагрузку, разобрать прибор и извлечь рабочее кольцо с испытанным образцом из прибора.

Обработка результатов эксперимента

Результаты выполненных измерений и их обработки заносятся в таблицу, форма которой приведена ниже.

Таблица для записи и обработки результатов экспериментов

	Масса		Отсчёты по			Сжатие	Относительное			Коэффициент
		Давление,	индикаторам,				сжатие образца
	груза,					Образца				пористости
								hi
	кг	Р, кПа		мм		∆hi, мм	ε =			ei
			№1		№2			h
	0	0	0,00		0,00	0,00	0,000
	3	50
	6	100
	12	200
	18	300
	24	400

1. По результатам выполненных испытаний для каждой ступени давления определяются:

а) величина сжатия образца грунта ∆hi, вычисленная как среднее арифметическое значение показаний двух индикаторов;

б) величина относительного сжатия ε = hi образца грунта с точностью до

h

0,001 (h =25 мм - начальная высота образца);

в) коэффициент пористости грунта с точностью до 0,001 (см. формулу 6.4): ei = e0 − ε (1 + e0 ) , д. ед.; (6.4)

2. По результатам обработки экспериментальных данных строится компрессионная кривая – график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления e=f(p) и график зависимости относительного сжатия образца ε=f(p) ( рис.6.2).

11

Рис.6.2. Совмещенный график зависимости коэффициента пористости и относительного сжатия от вертикального нормального давления..

3. Рассчитываются характеристики сжимаемости:
а) коэффициент сжимаемости:
	m0 =	e1 − e2		, кПа-1;		(6.5)
		p2 − p1
где: e1 и e2 –	коэффициенты пористости, соответствующие давлениям p1 и p2.
б) компрессионный модуль деформации:
	Eoed = β		1 + ei		, кПа;	(6.6)
			m0
где: β –	коэффициент, учитывающий отсутствие					горизонтальной

деформации (расширения) грунта в компрессионном приборе и принимаемый равным: для песков - 0,76; супесей - 0,74; суглинков - 0,62 и глин - 0,40.

Компрессионные модули деформации Eоеd из-за несоответствия условий деформации грунта в компрессионном приборе условиям

деформации грунта в грунтовом основании зданий и сооружений, 12

оказываются значительно меньше модулей деформации, получаемых в результате наблюдений за осадками зданий и сооружений или в результате испытаний грунта штампами, выполняемых на строительных площадках.

Для перехода от Eоеd к действительным (приведенным) значениям модуля деформации Е для аллювиальных, делювиальных и озёрно-

ледниковых глинистых грунтов пластичной консистенции используется корректировочный коэффициент mk, принимаемый по таблице 6.1.

Таблица - 6.1

	Вид грунта	Коэффициент mk при коэффициенте пористости грунта e0 равном
		0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05	1,10	1,20	1,30	1,40
	Супесь	4,0	4,0	3,5	3,0	2,6	-	-	-	-	-	-
	Суглинок	5,0	5,0	4,5	4,0	3,0	2,5	2,0	-	-	-	-
	Глина	-	-	6,0	6,0	5,5	5,0	4,5	4,0	3,5	2,5	2,0

Величина действительного (приведенного) модуля деформации Е вычисляется по формуле:

E = mk × Eoed , кПа;

(6.7)

Модуль деформации грунта используется в расчетах осадки грунтовых оснований (расчеты по II предельному состоянию).

13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА СРЕЗУ

Целью работы является определение характеристик прочности грунта: угла внутреннего трения (φ) и удельного сцепления (С), которые используются в расчётах грунтовых оснований зданий и сооружений по I

группе предельных состояний (по прочности и устойчивости), а также при определении расчётного сопротивления грунта (R) в расчетах оснований по

II группе предельных состояний (по деформациям).

Сопротивлением грунта срезу называется минимальное касательное напряжение (τ), при котором происходит смещение (срез) одной части грунта по отношению к другой по фиксированной плоскости при заданной величине напряжения (σ) нормального к плоскости среза.

Касательные и нормальные напряжения в грунте при испытании на срез вычисляются по формулам:

σ =		N		, кПа;	(7.1)
		A
τ =	T		, кПа;		(7.2)
	A
где: N и Т – соответственно нормальное и касательное усилия в плоскости
среза;
А – площадь поверхности среза, см.
Зависимость между касательными и нормальными напряжениями
описывается уравнением (закон Ш. Кулона):
τ = σ × tgϕ + c					(7.3)

где: tgφ – коэффициент внутреннего трения;

φ – угол внутреннего трения в градусах;

с – удельное сцепление, кПа.

Согласно ГОСТ 12248-2010 [4] сопротивление срезу определяю; по результатам испытаний образцов грунтов в приборах прямого одноплоскостного среза ГГП-30 конструкции «Гидропроекта», схема

рабочей камеры которого показана на рис.7.1. 14

Рис.7.1. Грунтоприемная камера прибора ГГП-30 конструкции «Гидропроекта» для испытаний грунтов на срез. 1-верхний штамп; 2-нижний штамп; 3-фильтры; 4-грунт; 5- нижняя часть срезной коробки; 6-верхняя часть срезной коробки; 7-кольцо; 8-обойма; 9- траверса; 10-основание; 11-прижимные винты.

В процессе испытаний производится срез верхней части образца относительно нижней ступенчато возрастающей касательной нагрузкой, при одновременной передаче на образец постоянной по величине нагрузки,

нормальной к плоскости среза.

Вертикальная и горизонтальная нагрузки на образец передаются с помощью системы рычагов с соотношением плеч 1: 10 (передаточное число n=10).

Испытания могут проводиться по методу консолидированного или неконсолидированного среза [4], т.е. с предварительным уплотнением или без предварительного уплотнения образца грунта вертикальной нагрузкой.

15

Учебные эксперименты выполняются студентами без предварительного уплотнения грунта

Для получения характеристик прочности φ и с необходимо выполнить

не менее 3-х испытаний при различных значениях вертикальных

напряжений, для чего используются 3 заранее приготовленных образца.

Последовательность выполнения исследований

1.Из подготовленного в лаборатории искусственно уплотнённого монолита глинистого грунта вырежьте рабочими кольцами три образца2.

2.Торцы образцов грунтов необходимо тщательно выровнять, аккуратно срезав лишний грунт, и накрыть влажными бумажными фильтрами.

3.Кольца с образцами грунта поместите в рабочую камеру прибора.

Сверху на образец установите перфорированный и затем сплошной штампы. 4. Соберите устройство для передачи на образец грунта вертикальной нагрузки. Для этого соедините с помощью троса и стального «пальца» траверсу устройства с секторным рычагом.

5.Нажав на рычаг, продавите образец грунта в нижнюю, неподвижную часть срезного прибора.

6.С помощью винта установите зазор 0,5 – 1 мм между подвижной и неподвижной частями рабочей камеры (срезной коробки) прибора.

7.Создайте вертикальное давление σ1=100 кПа, подвесив гирю массой 4

кг на подвеску рычага. Наблюдайте с помощью индикатора часового типа за уплотнением (сжатием) образца.

8. После прекращения деформаций уплотнения соедините верхнюю подвижную каретку с тяговым тросом рычага, предназначенного для передачи на образец горизонтальной нагрузки. Смонтируйте индикатор,

предназначенный для измерения горизонтальных перемещений срезающейся части образца.

9. Ступенями прикладывайте к образцу касательную, срезающую нагрузку. Величина ступени должна составлять 5 % от величины нормальной нагрузки ( T1=200 г, T2=400 г, T3=600 г). Каждую ступень

2 Студенты могут работать с заранее подготовленными образцами грунта.

16

касательной нагрузки следует выдержать до условного прекращения горизонтального перемещения срезаемой части образца.

Условным критерием прекращения горизонтального перемещения образца при срезе является скорость перемещения равная 0,01 мм/мин. При затухании скорости до требуемой величины, к образцу грунта прикладывается следующая ступень горизонтальной нагрузки.

Испытание следует считать законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез

(срыв) одной части образца по отношению у другой или если величина горизонтального перемещения превысит 5 мм.

10.Испытания на срез необходимо выполнить при всех заданных нормальных напряжениях (σ1=100 кПа, σ 2=200 кПа, σ 3=300 кПа).

11.После окончания испытания снимите нагрузки, разберите прибор и извлеките рабочее кольцо с испытанным образцом из прибора.

	Обработка результатов эксперимента
	Обработку полученных результатов выполните в таблице, форма
которой приведена ниже.
1.	Определите величины касательной нагрузки, при которых произошел
срез образца Ti в выполненных экспериментах.
	Величина Ti (в килограммах) рассчитывается по формуле:
	Ti = mi × n , кг;	(7.4)

где: m – масса гирь на подвесе рычага, передающего касательную нагрузку

на i-ой опыте, кг;

n – передаточное число рычага (n=10); i – номер эксперимента.

2.	Вычислите касательное напряжение τi (сопротивление срезу) для
каждого эксперимента по формуле (7.5).
	τ i = 10	Ti × g	, кПа;	(7.5)
		A

где: τi и Ti – соответственно касательное напряжение (сопротивление грунта срезу) и касательная нагрузка, при которой произошло разрушение в

17

плоскости среза (в кг), при заданной величине вертикального

напряжения σi;

g – ускорение свободное падения (≈10 м/с2);

A – площадь поверхности среза (площадь поперечного сечения образца,

А=40 см2).

Пример: Определите величину касательного напряжения, при котором произошел срез в эксперименте № 1, при массе гирь на подвеске рычага mi=2 кг.

Касательное усилие в плоскости среза:

Ti = mi × n = 2 ×10 = 20 кг

Касательное напряжение:

τ i

= 10

Ti × g

= 10

20 ×10

= 50

кПа.

A

40

Таблица для записи обработки результатов экспериментов

Вертикальна

σ i

=

Ni

Срезающее

τ i

= 10

Ti × g

№ опыта

я нагрузка

, кПа

усилие

, кПа

Ni, кг

A

Ti = mi × n , кг

A

1

4

100

2

8

200

3

12

300

3.Выполните обработку результатов испытаний3 исходя из допущения,

что значения (σ1; τ1) и (σ3; τ3) удовлетворяют уравнению τ = σ × tgϕ + c

(график зависимости τ=f(σ) в виде прямой проходит через эти две точки).

Обработка результатов сводится к нахождению следующих характеристик прочности:

Коэффициент внутреннего трения:

tgϕ =	τ	=	τ	3	− τ 1
	σ		σ	3	− σ1

, д. ед.

(7.6)

3 Согласно ГОСТ 12248-2010 [4], обработку результатов испытаний выполняют путем аппроксимации линейной зависимостью (с применением метода наименших квадратов) облака точек

(τi;σi), полученных по результатам испытаний.

18

Угол внутреннего трения:

	τ
ϕ = arctg		, град.	(7.7)
	σ
Удельное сцепление:
c = τ1 -σ1 ×tgϕ , кПа			(7.8)

Величины τ и с следует вычислять с точностью до 10 кПа, а величину

φ с точность до 1°.

4.По результатам экспериментов постройте график зависимости τ = f(σ)

(рис. 7.1) в виде прямой линии, соединяющий точки (σ1; τ1) и (σ3; τ3) (согласно принятому допущению).

Величина сопротивления грунта срезу с определяется как касательное напряжение, отсекаемое прямой τ = f(σ) на оси ординат. Угол наклона прямой к оси абсцисс равен углу внутреннего трения φ.

Рис.7.2. График испытания грунта на срез.

Характеристики прочности грунтов используются для определения размеров подошвы ленточных и столбчатых фундаментов, в расчетах

19

устойчивости грунтовых оснований, склонов и откосов, в расчетах подпорных сооружений, взаимодействующих с грунтом.

20