Определение сопротивления грунта срезу

В одноплоскостном сдвиговом приборе

Цель работы: определение прочностных характеристик грунтов:

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

Содержание работы

Сопротивление грунта срезу (сдвигу) зависит о величины нормальных к плоскости среза напряжений и прочностных характеристик грунтов. График аппроксимируют прямой, уравнение которой выражает закон сдвига Кулона

Математические параметры этой зависимости и 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 см² и высота мм. Нагружающая система рычажного типа имеет соотношение плеч рычагов, передающих вертикальную нагрузку и горизонтальную .

Рекомендуется выполнить по два опыта на срез грунта при вертикальных давлениях кПа; кПа; (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 грунтами 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.

линия среза

Рис. 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 (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 . 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

;

где – ускорение свободного падения, равное 10 м/с².

7. Через 1 мин регистрируют в журнале испытаний (табл. 5) показания индикатора (время равное 1 мин, принято за условную стабилизацию деформации среза) и прикладывают следующую ступень касательной нагрузки.

Таблица 5

Журнал испытаний (пример)

Масса гирь на подвеске нагрузочного устройства, кг	Напряжение на площадке среза, кПа	Горизонтальное перемещение подвижной обоймы , мм
вертикального	горизонтального	нормальное	сдвигающее
	0, 7		17, 5	0, 25
	1, 4			0, 75
	2, 1		52, 5	0, 91
	2, 8			1, 23
	3, 5		87, 5	1, 76
	4, 2			2, 20
	4, 9		122, 5	срез
	5, 6			-
	1, 0			0, 15
	2, 0			0, 30
	3, 0			0, 53
	4, 0			0, 78
	5, 0			1, 05
	6, 0			1, 40
	7, 0			срез
	8, 0			-

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 ( ).

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 (рис. 4) и график , по которому находят и (рис.5).

По графику определяем и .

d, мм

2, 0

1, 5

1, 0

0, 5

t, кПа

Рис. 4. Кривые зависимости горизонтальных деформаций при возрастании нагрузки: 1 – при

= 175 кПа; 2 – при

= 250 кПа

s, кПа

Рис. 5. График зависимости сопротивления срезу от нормального давления (диаграмма среза)

Лабораторная работа № 4

Определение напряжений от собственного веса грунта

Цель работы: ознакомление с методикой расчета напряжений.

Напряжения от собственного веса грунта называют иногда природными или бытовыми напряжениями. Их компонентами являются вертикальные (s_zg) и горизонтальные (s_xg=s_yg) напряжения. Они вычисляются по следующим формулам

s_zg=g h;

s_xg=x g h,

где g – удельный вес грунтов, кН/м³;

h – мощность слоя грунта, м;

x – коэффициент бокового давления в массиве.

Вертикальные напряжения являются наибольшими и соответствуют весу столба грунта до поверхности. Величина горизонтальных напряжений определяется коэффициентом бокового давления, который находится через коэффициент бокового расширения (коэффициент Пуассона)

Когда основание состоит из нескольких разновидностей грунтов, природные напряжения равны сумме напряжений, возникающих от веса вышележащих слоев

;

Наличие грунтовых вод в слоях песка оказывает взвешивающее действие на грунт. При этом расчёт вертикальных напряжений производится с использованием удельного веса грунта, взвешенного в воде

где g_s – плотность частиц грунта, г/см³;

g_w – плотность воды, г/см³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

e – коэффициент пористости грунта.

В глинистых грунтах, где вся вода находится в связном состоянии, взвешивающее действие воды не учитывается. А в случае, когда глинистый грунт является подошвой водоносного слоя, вертикальные напряжения увеличиваются на величину веса столба воды

где g_w – удельный вес воды, кН/м³;

h_в – высота столба воды, м.

Напряжения от собственного веса грунта применяются при расчёте осадок фундаментов и определении давления на подземные инженерные сооружения.

Порядок выполнения работы

Студенты получают геологический разрез с основными физическими характеристиками всех слоев грунта. Значения коэффициента бокового давления приведены в табл. 6. После расчёта по формулам и строят соответствующие эпюры.

Таблица 6

123 4