Определение прочностных характеристик грунтов
Сопротивление грунтов сдвигу является их важнейшим прочностным показателем, необходимый для расчета устойчивости и прочности оснований, оценки устойчивости откосов и склонов, расчета давления грунтов на напорные стенки и других инженерных расчетов.
Сопротивление грунта сдвигу обуславливается силами трения и сцепления (связности). Так как четкого разделения сопротивления сдвигу на силы трения и сцепления не существует, прочностными (сдвиговыми) характеристиками грунта являются удельное сцепление с (МПа) и угол внутреннего трения φ (град). Эти характеристики – параметры линейной зависимости τ=f(σ), которая была установлена Ш. Кулоном. Для песчаных грунтов эта зависимость выражается формулой
, [25]
где τ- сопротивление грунта сдвигу (срезу), МПа;
σ- вертикальное давление на грунт, МПа;
tgφ- коэффициент внутреннего трения;
φ- угол внутреннего трения, град.
В глинистых грунтах сопротивление сдвигу рассматривается как сумма сопротивлений трению и сцеплению частиц грунта, не зависящего от давления, т.е.
, [26]
где c – удельное сцепление, кг/см2, кПа.
Графически зависимости (25) и (26) изображаются прямой (рис.8). Угол внутреннего трения является углом наклона этой прямой к оси абцисс.
Рис. 8. Графики зависимости сопротивления сдвигу от вертикального давления:
а) для несвязных (песчаных) грунтов;
б) для связных (пылевато-глинистых) грунтов.
Таким образом, Закон Кулона формируется так:
1. Сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нормальному давлению.
2. Сопротивление связных грунтов сдвигу есть функция первой степени от нормального давления и состоит из 2-х слагаемых: сопротивления трению, прямо пропорционального давлению, и сцепления, не зависящего от нормального давления.
Сдвиговые характеристики с и φ определяются экспериментальным путем в полевых или лабораторных условиях.
Стандартная методика лабораторного определения сопротивления сдвигу песчаных и глинистых грунтов устанавливается нормами (ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.), согласно которым величина τ определяется испытанием образцов грунта на одноплоскостных срезных приборах (Маслова-Лурье, Гидропроекта) с фиксированной плоскостью среза. Также сдвиговые испытания грунтов проводят на двухсрезных приборах Пузыревского. Принципиальные схемы одно и двухсрезных приборов представлены на рис.9.
Рис.9. Принципиальные схемы испытаний грунтов на сдвиг:
а)- на односрезном сдвиговом приборе;
б)- на двух односрезном сдвиговом приборе.
Определение сопротивления грунтов сдвигу производят по следующими методами по открытой и закрытой схемам соответственно:
- консолидированного (медленного) сдвига, при котором приложения сдвигающего усилия образец уплотняют соответствующим вертикальным давлением. Испытание проводится в условиях свободного оттока воды (дренирования).
-неконсолидированного (быстрого) сдвига, при котором сдвигающее усилие прикладывается без предварительного уплотнения образца в условиях отсутствия дренирования.
Разница между полученными результатами при испытаниях по закрытой или открытой схемам представлена на рис.10.
Рис.10. Графики зависимости сопротивления сдвигу от вертикального давления при испытаниях:
1-для несвязных грунтов;
2-для связных грунтов.
Определение τ производить не менее, чем при трех различных величинах вертикального давления р на трех образцах грунта, вырезанных из одного однородного по строению и составу монолита.