Полевые методы определения прочностных и деформационных характеристик грунтов

Одноосное, сдвиговое, трехосное испытания. Закон Кулона. Угол внутреннего трения. Удельное сцепление. Давление связности. Условие предельного равновесия

Компрессионное испытание см ранее.

 

В ходе одноосного испытания для определения прочности грунта нагружение ведется до полного разрушения образца. При этом получают значение прочности образца грунта на одноосное сжатие R_с, равное

где: F_пр – предельное разрушающее усилие; А – площадь поперечного сечения.

Также можно определить значение прочности образца грунта на одноосное растяжение R_р, определяемое, как испытаниями, так и косвенно. Например, для скальных грунтов R_р лежит в интервале от 0,1·R_с до 0,05·R_с. На характеристики R_с и R_р скальных грунтов существенное влияние оказывает их трещиноватость.

Испытания на одноплоскостной сдвиг проводят в сдвиговом приборе

 

Схема сдвигового прибора

 

В ходе испытания образец грунта при помощи вертикального усилия F предварительно уплотняют до требуемого состояния (консолидируют), а затем при F = const прикладывают горизонтальное усилие Т до того момента, когда произойдет разрушение образца по заданной поверхности сдвига.

Предельное значение τ, при котором начинается разрушение образца, называют сопротивлением сдвигу.Испытания проводят на нескольких одинаковых образцах при разных σ. График сопротивления сдвигу песчаных грунтов представляют в виде прямой, выходящей из начала координат. График сопротивления сдвигу песчаных (сыпучих) грунтов называется законом Кулона для сыпучих грунтов.

Удельное сцепление характеризует связность грунта. График сопротивления сдвигу глинистых (связных) грунтов называется законом Кулона для связных грунтов.

 

Рис. График сопротивления сдвигу образцов глинистого грунта:

1 – опытный график; 2 – спрямленный график

 

Угол наклона прямой φ на рисунках называют углом внутреннего трения грунта, поскольку сопротивление сдвигу грунта обусловлено сопротивлением трению перемещающихся частиц. Коэффициент пропорциональности f = tgφ называют коэффициентом внутреннего трения.

В общем виде закон Кулона для сыпучих и связных грунтов можно сформулировать так: "Сопротивление грунтов сдвигу есть функция первой степени от нормального напряжения".

Полевые испытания при всей своей трудоемкости и дороговизне являются наиболее достоверными, а для некоторых грунтов (пески водонасыщенные, глинистые текучие, трещиноватые скальные и т.п.), когда отбор образцов ненарушенной структуры невозможен, и единственно возможным способом определения механических свойств.

Испытания методом статической нагрузки проводят в шурфах или скважинах при помощи инвентарных жестких штампов.

 

 

 

Рис. Схема (а) и результаты (б) полевых испытаний грунта на сжатие:

1 – выработка; 2 – штамп; 3 – стойка; 4 – прогибометры; F – нагрузка

Среди испытаний методом зондирования различают статическое и динамическое зондирование. В первом случае зонд вдавливают при помощи домкратов, а во втором – зонд погружают путем забивки или ударно-вращательного погружения.

 

Закономерности состава и строения грунтов тесно связаны с условиями их происхождения. Происхождение положено в основу классификации грунтов (ГОСТ 25100-95, взамен ГОСТ 25100-82).

Другие ГОСТы по грунтам, которыми необходимо пользоваться при проектировании и строительстве инженерных сооружений: