Материалы и приборы
Общие положения
Определение угла естественного откоса горных пород
Лабораторная работа № 9
1.1. Угол естественного откоса (УЕО) – это предельный максимальный угол наклона поверхности откоса к горизонту, при котором порода в откосе находится в устойчивом состоянии – не осыпается, не обваливается, не оползает. УЕО, наряду с другими показателями, характеризует механические свойства пород, т. е. поведение пород под влиянием приложенных внешних усилий (в данном случае сил гравитации).
1.2. УЕО характеризует устойчивость в откосах, главным образом, раздельнозернистых пород (пески, гравий и т. п.), в некоторых случаях глинистых пород.
1.3. УЕО воздушно-сухих рыхлых пород находится в пределах от 28o до 46o. Величина УЕО в песчаных и других раздельнозернистых породах определяется только сопротивлением внутреннего трения, т. е. трения возникающего между частицами при их относительном перемещении. При увеличении содержания в породах глинистого материала – в них будут возникать структурные связи, и УЕО будет зависеть также и от сил сцепления частиц породы.
1.4. Среди факторов, влияющих на величину УЕО, можно отметить следующие:
а) гранулометрический и минеральный состав породы, её условия образования, однородность сложения, форма частиц (степень окатанности) и характер их поверхности, степень уплотнённости породы. Например, у песков, сложенных окатанными зёрнами кварца УЕО = 27o, а в песках с неокатанными, остроугольными зёрнами кварца УЕО = 46o;
б) влажность; её изменение сказывается неоднозначно – повышение влажности песков до 5–15 % приводит к увеличению УЕО на 10–15 %, а при полном затоплении откоса или при влажности, равной полной влагоёмкости, УЕО уменьшается на 10–40 %. Откосы из глинистых и слюдистых песков под водой обладают УЕО менее 15o;
в) направление движения фильтрационного потока в грунте; при движении воды со стороны откоса (дренаж) УЕО значительно уменьшается, и, наоборот, если вода фильтруется из источника внутрь откоса, УЕО возрастает;
г) в раздельнозернистых грунтах величина УЕО не зависит от высоты откоса.
1.5. УЕО имеет важное практическое значение при оценке прочности и устойчивости рыхлых пород: откосов, котлованов, карьеров, подземных горных выработок, а также для определения плывунности и тиксотропии пород. По величине УЕО пород различного типа разработана специальная классификация, которая используется при проектировании и строительстве выемок, насыпей, дамб и других сооружений.
Искусственное увеличение УЕО имеет важное экономическое значение. Так, для Нурекской плотины (р. Вахш), имеющей объём около 60 млн м3, изменение УЕО галечника, слагающего упорные призмы, с 35 до 38o вызвало уменьшение объёма плотины на 4 млн м3 грунта. С другой стороны, введение в расчёт завышенных значений УЕО может привести к значительным деформациям сооружения или полному его разрушению.
Прибор УО конструкции Д. И. Знаменского; проба рыхлого грунта; резиновый шланг; совок; линейка; рабочий журнал для записи результатов.
Краткое описание прибора
Прибор УО изготовлен из прозрачного органического стекла и состоит из прямоугольной банки и вкладыша, который разделён перегородкой, а на боковых и задней стенках имеет угловые сетки со шкалой градусов. Вкладыш устанавливается внутри банки в пазы упоров-подшипников, прикреплённых к боковым стенкам банки, что позволяет поворачивать его под углом 45o и фиксировать в таком положении.
Таблица 5
Определение угла естественного откоса грунта