Лабораторная работа № 9
Определение сопротивления грунта на сдвиговом приборе
В результате выполнения работы определяют угол внутреннего трения 
и сцепление (С) грунта.
Определение сопротивления грунтов срезу производят методами консолидированного и неконсолидированного среза согласно ГОСТ 12248 – 78.
Метод консолидированного среза применяют для определения сопротивления срезу грунтов в условиях стабилизированного состояния:
Песчаных;
глинистых с показателем консистенции IL 
1, коэффициентом пористости для супесей и суглинков е 1 и для глин е 1.5.
Метод неконсолидированного среза применяют для определения сопротивления срезу грунтов в условиях нестабилизированного состояния:
водонасыщенных суглинков и глин (при степени влажности SR 
0.85), имеющих IL 0.5, просадочных грунтов, замоченных до полного водонасыщения.
Сопротивление образцов грунта срезу следует определять как касательное напряжение:
при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при нормальном давлении:
, где:
Q, P – соответственно касательная и нормальная нагрузка с плоскостью среза, кгс.
F – площадь среза. см2
Значения t определяют не менее чем при трех различных значениях Р на образцах грунта из одного монолита, которые не должны превышать 6 кгс/см2.
По величинам сопротивления грунта срезу t устанавливают нормативные и расчетные значения прочностных характеристик грунта – угла внутреннего трения j и удельного сцепления С, как параметров прямолинейной зависимости:
В лабораторных условиях используют односрезные сдвиговые приборы, в которых сдвиг происходит по одной заранее фиксированной плоскости (рис .9.1.)
Для предварительного уплотнения образцов грунта применяют уплотнители, позволяющие производить уплотнение при заданном давлении и сохранении природной и заданной влажности, а также в условиях полного водонасыщения грунта и измерять вертикальные деформации образца с точностью 0.01 мм.
Необходимое оборудование: односрезной сдвиговой прибор типа ВСВ – 25 или ПСГ – 2М, фильтровальная бумага, секундомер, прибор для предварительного уплотнения, перед сдвигом УГПС нож с прямым лезвием.
Методика выполнения работы:
1. Заполнить режущее кольцо уплотнителя грунтом. Ножом срезать излишек грунта. Взвесить кольцо с грунтом с точностью до 0.01г.
2. Из монолита отобрать образцы грунта для определения r, rS, W, гранулометрического состава. Схема дальнейших работ зависит от выбора метода исследований.
3. Вставить кольцо с фильтровальной бумагой в уплотнитель. Собрать прибор и привести его в рабочее состояние.
4. Метод консолидированного среза. Для испытания образцов грунта в условиях полного водонасыщения необходимо предварительно замочить образцы, заполнив ванну уплотнителя до уровня верха образца. Время насыщения образцов водой до начала предварительного уплотнения должно быть не менее:
песчаных грунтов…………………10 мин.
для глинистых ненабухающих грунтов:
супесей………………………………..3 ч.,
суглинков с IP 0.12………..……......6 ч.,
с IP>12……………….………………..12 ч.,
глин с IP 0.22…………………….….12 ч.,
с IP>22………..…………….………...36 ч.
для глинистых набухающих грунтов замачивание проводят до условной стабилизации деформаций набухания, принимаемой равной 0.1мм, за 24 часа.
Замачивание выполняют водой питьевого качества, кроме случаев, оговоренных заданием.
Образцам набухающих грунтов, предназначенным для определения сопротивления срезу t в условиях полного водонасыщения после стабилизации набухания при заданном нормальном давлении Р, необходимо передать до начала замачивания давление Р.
Предварительное уплотнение образцов грунта, за исключением просадочных, испытываемых в водонасыщенном состоянии, надлежит производить при нормальных давлениях Р, при которых в последующем определяют сопротивление образцов срезу t . Нормальное давление Р при предварительном уплотнении следует предавать на образец грунта последовательно ступенями DР.
Величины Р и DР указаны в табл.9.1.
Таблица 9.1
| Вид и состояние грунта | Нормальные давления Р при предварительном уплотнении, кгс/см2. | Ступени давления ΔР, Кгс/см2 |
| Пески средней крупности, плотные. Глины с показателем консистенции IL 0 (тверд. Консистенция).
| 1.0; 3.0;5.0 | 1.0 |
Пески средней крупности, средней плотности; мелкие плотные и средней плотности.
Супеси и суглинки с IL 
Глины с 0<I 0.5 (тугопластич консист.)
| 1.0; 2.0; 3.0 | 0.5 |
| Пески средней крупности и мелкие, рыхлые; пылеватые независимо от плотности Супеси, суглинки и глины с IL>0.5. (мягкопластич. –текучая консист.) | 1.0; 1.5; 2.0 | 0.25 до 1.0 и далее 0.5 |
Нормальное давление Р при предварительном уплотнении образцов просадочного грунта, испытываемых в водонасыщенном состоянии, должно составлять 3.0кгс/см2 и возрастать ступенями ΔР = 0.5 кгс/см2.
Каждую ступень давления при предварительном уплотнении выдерживают:
Песчаные грунты………………..…………..5 мин
Глинистые грунты…………………………30 мин., а конечную ступень – до условной стабилизации. За условную стабилизацию деформаций сжатия следует принимать ее приращение, не превышающее 0.01 мм за время не менее:
Для песчаных грунтов…………..……………20 мин,
Для глинистых непросадочных грунтов:
Супесей…………………………………….….2 ч,
Суглинков с числом пластичности IP 0.12…….6 ч.
Суглинков с IP>0.12 и глин……………………..12 ч.
Для просадочных грунтов……………………..…3 ч.
После предварительного уплотнения для каждого образца вычисляют его коэффициент пористости:
; 
, где:
е0 – коэффициент пористости до предварительного уплотнения;
δ – относительное сжатие образца в результате предварительного уплотнения, равное отношению приращения деформации сжатия к начальной высоте образца.
Для определения сопротивления образца грунта срезу при заданном нормальном давлении Р после предварительного уплотнения образец быстро разгружают и переносят рабочее кольцо в срезной прибор и передают то же нормальное давление, при котором происходило предварительное уплотнение грунта. Нормальная нагрузка передается на образец в одну ступень и выдерживается не менее:
Для песчаных грунтов………….….……..15 мин,
Для супесей……………………….….…....15 мин,
Для суглинков и глин………………..……30 мин.
После этого устанавливают индикатор деформаций среза Δl образца грунта и записывают начальные показания.
Касательные нагрузки на срез передаются ступенями величиной 5% величины нормальной нагрузки, при которой проводится срез. За условную стабилизацию деформаций среза принимают скорость деформации, не превышающую 0.01 мм/мин. По её достижении передают следующую ступень касательной нагрузки.
|
|
рис. 9.1. Схема прибора для определения одноплоскостного среза
1 – разъемная пластина; 2 – образец пробы; 3 - разъемное кольцо.
| Вид грунта | Скорость среза мм/мин. |
| Пески Супеси Суглинки Глины | 0.5 0.1 0.05 0.02 |
Испытание считают законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез одной части образца по отношению к другой или общая деформация среза превысит 5 мм.
После окончания испытаний образец разгружают, извлекают рабочее кольцо и отбирают две пробы на влажность из зоны среза образца, строят график зависимости Δl = f(τ), вычитая из каждого значения поправку за счёт трения в приборе по тарировочной кривой прибора (рис9.1.) и график τ = f(p) (рис.9.2)
τ τ
 |  | ||
φ
 |
С
P, кг/см2
|
| ||||
Метод неконсолидированного среза
5. Рабочее кольцо с образцом грунта помещают в срезную коробку и закрепляют в ней, приводят прибор в рабочее состояние.
На образец грунта передают сразу в одну ступень нормальное давление Р, при котором будет производится срез образца. Величины Р принимают по табл .9.3.
Таблица 9.3.
| Вид грунта | Нормальное давление Р , кгс/см2 |
| Глинистые грунты с 0.5≤IL<1.0 Илы и глинистые грунты с IL≥1.0 | 0.5; 1.0; 1.5; 0.25; 0.75; 1.25. |
Если при давлениях 1.25 и 1.5 кгс/см2 происходит выдавливание грунта в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, необходимо их уменьшить на 0.25 кгс/см2.
После передачи нормальной нагрузки сразу приводят в действие механизм создания касательной нагрузки и выполняют срез образца грунта не более чем за 2 мин. с момента приложения нормальной нагрузки. При передаче касательной нагрузки в виде ступеней их величина не должна превышать 10% величины нормального давления и приложение ступеней должно следовать через каждые 10 – 15 с.
Испытание считают законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез одной части образца оп отношению к другой или общая деформация среза превысит 5 мм. По окончании опыта из зоны среза отбирают 2 пробы грунта на влажность, строят графики Δl = f(τ) и τ = f(p) (рис . 9.2 и рис. 9.3).
6. Результаты определений τ и С выражают с точностью 0.01кгс/см2, а φ – с точностью – 10. Величины τ, С и φ по методу неконсолидированного среза следует обозначать τн, Сн, φн.
Если на графике 
(рис. 9.3.)продлить прямую до пересечения с осью давлений Р, то получим давление связности 
, заменяющие действие всех сил сцепления:
.
График τ = f(p) (рис. 9.3.) построенный по трем и более значениям Р, дает наглядное представление о разбросе (отклонении) точек от прямой линии (чистота эксперимента) и позволяет снять с графика полученные значения параметров уравнения Кулона: сил сцепления 
и внутреннего трения j.
Эти предметы можно получить вычислением по формулам комплексных квадратов:
,
Где n – число определений.