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 = σtgφ, (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 = σtgφ + c, (10.2)

где с – сцепление грунта.

При исследовании грунтов на сдвиг в широком диапазоне измененияσзависимость 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).