Результаты компрессионного испытания

Дата испыта-ния	Напряжение , МПа	Время замера	Время от начала приложения нагрузки, мин	Показания индикатора, мм	Сжатие образца грунта h, мм

По достижении условной стабилизации осадки под действием последней заданной ступени нагрузки из прибора при помощи сифона удаляют всю воду и разгружают прибор в такой последовательности: открепляют и отводят в сторону индикатор; снимают груз и подвеску; освобождают рычаг, если он был закреплен; достают вкладыш из ванны и разбирают его, отвинчивая дно и вынимая кольцо из обоймы.

Прибор после каждого опыта тщательно очищают от грунта, промывают и насухо вытирают.

Обработка результатов испытаний. По предварительно определенным значениям плотности грунта , плотности частиц _s и влажности w подсчитывают начальную плотность скелета грунта

и начальный коэффициент пористости

.

Зная начальную высоту образца h и величину сжатия h_i при различных значениях напряжения σ_i, можно определить относительную деформацию сжатия

для каждого σ_i. Далее, используя зависимость

между относительной деформацией ε_i и изменением коэффициента пористости от начального e₀ до е_i, подсчитывают коэффициент пористости е_i для каждого значения σ_i по формуле

е_i = е₀  ε_i (1 + е₀) = е₀  (1 + е₀).

Значения величин σ_i, h_i, _i, е_i заносятся в таблицу «Журнала лабораторных работ…». По полученным данным строятся компрессионные кривые напряжение  коэффициент пористости σ  е при нагружении и разгрузке грунта (см. рис. 9.2, б). На оси абсцисс в удобном масштабе откладывают напряжение σ_i, на оси ординат  величины е_i.

Для участков компрессионных кривых по формулам (9.2) и (9.3) определяются коэффициенты уплотнения a и разуплотнения (разбухания) а_р. Для участков выбранного диапазона напряжений по формуле (9.4) или (9.5) находят модули деформации при уплотнении Е или разуплотнения E_p.

Работа 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА СДВИГУ

НА СРЕЗНЫХ ПРИБОРАХ

Изучение сопротивления грунта сдвигу необходимо для выполнения расчетов устойчивости оснований сооружений и откосов, расчетов давления грунтов на различного вида ограждающие конструкции и других инженерных расчетов.

Лабораторные исследования предельного сопротивления грунта сдвигу проводят на сдвиговых (срезных) приборах или на приборах трехосного сжатия (см. работу 11).

Среди известных конструкций сдвиговых приборов наибольшее распространение получил прибор одноплоскостного сдвига (рис. 10.1). В этом приборе плоскость сдвига заранее известна и фиксирована зазором между подвижной и неподвижной обоймами срезной коробки.

Рис. 10.1 Схема прибора одноплоскостного сдвига

Цель лабораторного исследования заключается в установлении зависимости предельного сопротивления грунта сдвигу от нормальных сжимающих напряжений τ = f(σ) (рис. 10.2). Для построения зависимости τ = f(σ) выполняют испытания на сдвиг трех или более образцов одного и того же грунта при различных сжимающих напряжениях. При этом вначале к образцу грунта через жесткий штамп прикладывают вертикальную нагрузку N, которая создает в образце нормальные сжимающие напряжения σ, затем постепенно возрастающую горизонтальную нагрузку Т, вызывающую в образце в плоскости зазора между обоймами касательные напряжения τ. Во время испытаний фиксируют предельное касательное напряжение (предельное сопротивление сдвигу) τ, при котором происходит сдвиг (срез) одной части грунта относительно другой.

а)	б)

Рис. 10.2 Зависимость сопротивления грунта сдвигу от нормальных напряжений:

а - при малых нормальных напряжениях для несвязного (1) и связного (2) грунта;

б - при больших нормальных напряжениях

Для несцементированных несвязных грунтов (в частности, песчаных) графическая зависимость между предельным сопротивлением сдвигу τ и нормальными напряжениями σ обычно представляет собой прямую, проходящую через начало координат (см. рис. 10.2, а), уравнение которой имеет вид

τ = σ tgφ, (10.1)

где tgφ – коэффициент внутреннего трения грунта; φ – угол внутреннего трения грунта.

Для связных (глинистых) грунтов при небольших значениях нормальных напряжений зависимость τ = f (σ) также можно представить в виде линейной, которая является зависимостью (законом) Кулона (см. рис. 10.2, а):

τ = σ tgφ + c, (10.2)

где с – сцепление грунта.

При исследовании грунтов на сдвиг в широком диапазоне изменения σ зависимость τ = f(σ) может быть криволинейной вследствие, например, изменения плотности грунта. В этом случае для упрощения расчетов зависимость τ = f(σ) представляют в кусочно-линейном виде с уста-новлением φ_i и с_i для каждого i-го участка нагружения (см. рис. 10.2, б).

Во всех случаях полученные результаты испытаний грунтов следует использовать строго в рамках принятого в опытах диапазона изменения σ.

Следует отметить, что значения φ и с непосредственно испытаниями на сдвиг не определяют, а устанавливают графическим построением прямой по опытным точкам τ – σ. Поэтому физический смысл имеет только полная величина сопротивления сдвигу τ, а не входящие в уравнение (10.2) параметры φ и с.

Согласно действующему ГОСТ 12248–96 сопротивление сдвигу на срезных приборах исследуют для песчаных и глинистых грунтов независимо от степени влажности s_r (степени водонасыщения). При этом ГОСТом предусматриваются две схемы испытаний.

По первой схеме, названной в ГОСТе «консолидированно-дренированные испытания», исследуют образцы грунта в стабилизированном состоянии, т.е. когда деформации от уплотняющей нагрузки N завершены, а в процессе уплотнения и сдвига сохраняются условия свободного отжатия воды из пор грунта.

По второй схеме, названной в ГОСТе «неконсолидированно-недренированные испытания», предусматривается другое крайнее состояние грунта: водонасыщенные образцы исследуются на сдвиг без предварительного уплотнения в условиях, исключающих отток воды из пор грунта. Причем нагрузка N прикладывается одной ступенью с момента загружения образца в прибор с одновременным приложением возрастающей сдвигающей нагрузки Т.

На лабораторных занятиях предусматривается использование первой схемы с образцами грунта со степенью водонасыщения s_r < 0,8.

При выборе величин сжимающих нагрузок для проведения испытания грунта на сдвиг необходимо учитывать условия возведения сооружения. Например, при исследовании прочности грунта как основания возводимого сооружения сжимающую нагрузку на образец следует назначать первоначально, исходя из возможности разуплотнения грунта, что имеет место при отрытии котлована или канала, либо исходя из его уплотнения вследствие возведения сооружения с учетом постепенного возрастания сжимающих напряжений. Наибольшие значения вертикальной нагрузки на образец должны быть примерно на 15% больше суммы природного давления и дополнительной нагрузки (например, от веса сооружения).