Определение прочности песчаных и глинистых пород методом одноплоскостного среза

Испытание грунта методом одноплоскостного среза проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивление грунта срезу угла внутреннего трения , удельного сцепления c для песков (кроме гравелистых и крупных), глинистых и органо-минеральных грунтов.

Сопротивление срезу характеризует прочность песчаных и глинистых пород, т. е. их способность сопротивляться разрушению. Разрушение проявляется в нарушении сплошности породы в результате сдвига части породы по одной или нескольким поверхностям скольжения или вдоль зоны скольжения (ослабления). Разрушение породы наступает тогда, когда касательные напряжения превышают внутренние силы сопротивления.

В песчаных и других рыхлых обломочных породах внутренними силами сопротивления сдвигу (разрушению) являются силы трения, возникающие при сдвиге частиц породы при взаимном перемещении слагающих её частиц. Так как трение действует внутри породы, его принято называть внутренним трением. В связных (глинистых) породах внутренними силами кроме трения являются также силы сцепления, т. е. силы структурных связей. Сцепление служит количественным выражением прочности структурных связей, действующих в объёме породы по поверхностям скольжения или в пределах зон скольжения.

Максимальное сопротивление пород сдвигу проявляется при гидростатическом равновесии, т. е. когда их влажность и плотность будут соответствовать действующей уплотняющей нагрузке уплотнения и уплотнение достигнет стабилизации. В связи с этим значения показателей сопротивления пород сдвигу (их прочность) существенно зависят от режима испытаний, и прежде всего от способа подготовки, проведения и условий дренирования пород.

Прочностные характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образца относительно другой его части касательной нагрузкой при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза.

Для глинистых грунтов по специальному заданию может быть проведен повторный срез образца по фиксированной плоскости - срез "плашка по плашке".

Hе допускается испытывать грунты, выдавливаемые в процессе испытания в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки.

Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном напряжении. Для определения и необходимо провести не менее трех испытаний при различных значениях нормального напряжения.

Испытания проводят по следующим схемам:

- консолидированно-дренированное испытание - для песков и глинистых грунтов независимо от их степени влажности в стабилизированном состоянии;

- неконсолидированно-недренированное испытание - для водонасыщенных глинистых и органо-минеральных грунтов в нестабилизированном состоянии и просадочных грунтов, приведенных в водонасыщенное состояние замачиванием без приложения нагрузки.

Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или в водонасыщенном состоянии, или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности (в т.ч. при полном водонасыщении), или образцы, отобранные из уплотненного массива, для искусственно уплотненных грунтов.

При этом образцы просадочных грунтов испытывают в водонасыщенном состоянии, а набухающих - при природной влажности.

В необходимых случаях сопротивление срезу может определяться:

– для просадочного грунта при природной влажности или при влажности на границе раскатывания, если последняя превышает природную;

– для засоленного - на образцах предварительно выщелоченного грунта после стабилизации суффозионной осадки при заданном нормальном давлении;

– для набухающих грунтов - в условиях полного водонасыщения после стабилизации свободного набухания или набухания (уплотнения) при заданном нормальном давлении;

для насыпных грунтов - при их максимальной, требуемой или достигаемой плотности.

Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 1/2 до 1/3 диаметра. Для однородных глинистых грунтов (без включений) допускается при испытаниях в полевых лабораториях уменьшать диаметр образца до 56 мм.

Оборудование и материалы

В состав установки для испытания грунта методом одноплоскостного среза должны входить:

- срезная коробка, состоящая из подвижной и неподвижной частей и включающая рабочее кольцо с выше указанными внутренними размерами, жестких сплошного и перфорированного штампов;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- механизм создания касательной нагрузки;

- устройства для измерения деформаций образца и прикладываемой нагрузки.

Для испытания образца песчаных грунтов применяют срезную коробку с нижней подвижной частью.

Kонструкция срезного прибора должна обеспечивать первоначальное вертикальное давление на образец (от веса штампа и измерительных приборов на нем) не более 0,025 МПа.

При тарировке срезной коробки в соответствии с паспортом на прибор устанавливают поправки на преодоление трения подвижной части срезной коробки.

При необходимости предварительного уплотнения образца могут применяться уплотнители, позволяющие производить уплотнение при заданном давлении и сохранении природной или заданной влажности, а также в условиях полного водонасыщения.

В состав уплотнителя должны входить следующие основные узлы:

- цилиндрическая обойма, в которую помещается рабочее кольцо с образцом;

- жесткий перфорированный штамп;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- ванна для водонасыщения образца;

- гидроизолирующие элементы;

- устройство для измерения вертикальных деформаций образца.

Последовательность определения

1. Образец грунта изготавливают с учетом требований ГОСТ 12248-96.

2 Изготовленный образец взвешивают и в зависимости от схемы испытания и вида грунта приступают или к его предварительному уплотнению, или сразу к испытанию на срез.

3 Предварительное уплотнение образца при консолидированно-дренированном испытании проводят непосредственно в рабочем кольце срезного прибора или в уплотнителе.

4 При предварительном уплотнении в уплотнителе рабочее кольцо с подготовленным образцом грунта следует поместить в обойму уплотнителя, а затем собранную обойму установить в ванну уплотнителя на перфорированный вкладыш (предварительно торцы образца необходимо покрыть влажным бумажным фильтром). Далее необходимо установить на образец перфорированный штамп, произвести регулировку механизма нагрузки, установить приборы для измерения вертикальных деформаций грунта и записать их начальные показания.

5 Для испытаний образцов грунта в условиях полного водонасыщения необходимо предварительно замочить образцы, заполнив ванну уплотнителя водой.

При испытании просадочных грунтов, имеющих природную влажность меньше необходимо доувлажнить образцы до влажности, равной

Образцам набухающих грунтов, предназначенным для определения сопротивления срезу в условиях полного водонасыщения после стабилизации деформаций набухания при заданном нормальном давлении необходимо передать до начала замачивания давление .

Время насыщения образцов водой должно быть не менее значений, указанных в таблице 7.1.

6. При проведении испытаний на повторный срез образец грунта разрезают на две части острым ножом или леской по плоскости первого среза, тщательно заравнивают торцевые поверхности обеих половин, соединяют их между собой и помещают в рабочее кольцо срезного прибора.

Таблица 7.1

Грунты	Время насыщения образцов водой, не менее	Время выдерживания ступеней, не менее	Время условной стабилизации деформаций сжатия на конечной ступени, не менее
Пески	10 мин	5 мин	20 мин
Глинистые (непросадочные и ненабухающие):
- супеси	3 ч		2 ч
- суглинки с 12	6 ч		6 ч
- суглинки с 12	12 ч	30 мин	12 ч
- глины с 22	12 ч		12 ч
- глины с 22	36 ч		12 ч
Просадочные	Kак для непросадочных	30 мин	3 ч
Hабухающие	До достижения условной стабилизации деформации набухания - 0,1 мм за 24 ч	30 мин	Kак для ненабухающих