Лабораторная работа №3 Определение сопротивления грунта срезу в одноплоскостном сдвиговом приборе

Цель работы: определение прочностных характеристик грунтов:

С - удельного сцепления, кПа;  - угла внутреннего трения, град.

Содержание работы

Сопротивление грунта срезу (сдвигу) зависит от величины нормальных к плоскости среза напряжений  и прочностных характеристик грунтов. График пред = f() аппроксимируют прямой, уравнение которой выражает закон сдвига Кулона:

пред =  tg + С (16)

Математические параметры этой зависимости  и С приняты в качестве характеристик прочности грунта, которые называют соответственно углом внутреннего трения и удельным сцеплением.

Для определения характеристик прочности необходимо провести испытание на сдвиг нескольких образцов одного и того же грунта при разной величине вертикальных сжимающих напряжений, но одной и той же плотности [1, с. 48].

Испытания проводятся на срезном приборе конструкции Гидропроекта (рис. 3), площадь образца А - 40 см³ и высота Н — 35 мм. Нагружающая система рычажного типа имеет соотношение плеч рычагов, передающих вертикальную нагрузку n_h = 1 :10 и горизонтальную п_г = 1 : 10

Рекомендуется выполнить по два опыта на срез грунта при вертикальных давлениях ₁ = 175кПа; ₂ = 250 кПa (всего 4 опыта).

Порядок выполнения работы

1. Ослабляют трос передачи горизонтальной нагрузки и фиксируют его положение тормозом. Снимают с обеих нагружающих систем подвески, отодвигают рамку вертикальной нагрузки и извлекают из срезной коробки прибора режущее кольцо.

2. Вырезают с помощью кольца образец глинистого грунта из монолита или переносят кольцо с грунтом из прибора для уплотнения грунтов перед сдвигом. Торцы образца покрывают бумажными фильтрами.

3. Помещают в прибор кольцо с грунтом и собирают систему вертикального, а затем горизонтального нагружения, соблюдая обратную последовательность операций по отношению к п.1.

При работе с песчаными фунтами образец вырезать невозможно, поэтому предварительно собирают систему горизонтального нагружения, установив верхнюю подвижную обойму вместе с кольцом. Засыпают песчаный грунт в кольцо на высоту 35 мм, выравнивают поверхность, устанавливают штампы и собирают систему вертикального нагружения.

Рисунок 3 - Схема срезной коробки: 1 - образец грунта; 2 - кольцо; 3 -фильтровальная бумага; 4 - штамп с отверстиями; 5 - центрирующий шарик; 6- нижняя неподвижная обойма; 7 - верхняя подвижная обойма; 8 - индикатор часового типа

4. Устанавливают величину зазора 0,5-1 мм между подвижной и неподвижной частями (обоймами) срезной коробки и кладут на подвеску рычага системы вертикального загружения гирю массой т, (7 или 10 кг).

5. Освобождают тормоз и плавно натягивают трос, передающий сдвигающую нагрузку.

6. Устанавливают начальный отсчет на индикаторе не менее 5 мм (по красной шкале) и прикладывают к подвеске сдвигающей системы первую ступень нагрузки т₂ . Срезающую нагрузку в каждом опыте прикладывают ступенями, и так, чтобы приращение касательных напряжений  не превышало по абсолютной величине 0,1  .

Напряжения  и  вычисляют по следующим формулам:

 = m₁q/n_bA; (17)

 = m₂q / п_гA , (18)

где (q- ускорение свободного падения, равное 10 м/с².

7. Через 1 мин регистрируют в журнале испытании (табл. 11) показания индикатора (время, равное 1 мин, принято за условную стабилизацию деформации среза) и прикладывают следующую ступень касательной нагрузки.

Таблица 11 - Журнал испытаний (пример)

Масса гирь на подвеске нагрузочного устройства, кг		Напряжение на площадке среза, кПа		Горизонтальное перемещение подвижной обоймы  мм
вертикального т1	горизонтального т2	нормальное 	сдвигающее 
7	0,7	175	17,5	0,25
	1,4		35	0,75
	2,1		52,5	0,91
	2,8		70	1,23
	3,5		87,5	1,76
	4,2		105	2,20
	4,9		122,5	срез
	5,6		145	-
10	1,0	250	25	0,15
	2,0		50	0,30
	3,0		75	0,53
	4,0		100	0,78
	5,0		125	1,05
	6,0		150	1,40
	7,0		175	срез
	8,0		200	-

8. Наращивание срезающей нагрузки ведут до тех пор, пока перемещение верхней каретки  достигнет величины 5 мм или полного среза образца грунта. В журнале испытаний вместо величины деформации сдвига в этом случае пишут слово «срез», что фиксирует достижение касательными напряжениями предельного значения в условиях данного опыта (пред  ).

9. После среза образца прибор перезаряжают и производят новый опыт с тем же грунтом, но при следующем значении  в соответствии с программой испытаний. По окончании опытов строят для каждого из них графики  = f() (рис. 4) и график, пред  = f(), по которому находят  и С (рис.5).

По графику определяем С и  .

Рисунок 4 - Кривые зависимости горизонтальных деформаций при возрастании нагрузки: 1 - при  - 175 кПа; 2 - при  - 250 кПа

Рисунок 5 - График зависимости сопротивления срезу от нормального давления (диаграмма среза)