Испытание на сдвиг крыльчаткой
Определение сопротивления на сдвиг методом вращательного среза.
Лабораторные методы исследования свойств грунтов не учитывают особенности макроструктуры, специфику его естественного строения и залегания, а также характер распределения в нем неоднородностей и включений.
Для глинистых грунтов текучей и мягкопластичной консистенции, торфяных и сапропелевых отложений, рыхлых песков из-за сложности, а в некоторых случаях невозможности отбора образцов ненарушенного сложения при бурении скважин испытания на сдвиг лопастными приборами являются практически единственным достоверным методом определения их прочностных свойств.
Погрешности лабораторных испытаний в значительной мере обусловлены нарушением естественной структуры и напряженного состояния образца при его извлечении из природной толщи грунта.
Поэтому результаты испытаний грунта могут быть использованы для прогнозирования несущей способности или осадки грунтовых оснований с определенным приближением.
В отличие от лабораторных, полевые методы изучения механический свойств грунтов дают более объективную информацию и создают необходимые предпосылки для вероятностной оценки исследуемых процессов и явлений.
Наиболее важными параметрами грунтов, определяемыми на месте, являются: угол внутреннего трения, сцепление и модуль деформации, которые позволяют дать полную инженерную оценку основанию с учетом его физических свойств.
Из применяемых в настоящее время в практике методов оценки прочностных свойств грунтов наибольшее распространение получил вращательный срез.
Впервые данный метод был предложен в Швеции под названием «Vane test» (лопастные испытания).
В практике инженерно-геологических исследований слабых грунтов широкое применение получили полевые сдвигомеры-крыльчатки СК-8 и СК-10 конструкции Л.С. Амаряна. Сдвигомер-крыльчатка служит для определения удельного сцепления С и сопротивления сдвигу τ слабых грунтов в естественном залегании путем установления максимального крутящего момента при вращении четырехлопастной крыльчатки, погруженной в массив грунта.
Сущность метода заключается в том, что в толщу грунта задавливается, а затем поворачивается четырехлопастная крыльчатка.
Сопротивление сдвигу τ грунта оценивается по величине крутящего момента и константы крыльчатки.
Крыльчатка СК-10 дает общее напряжение сдвигу без разделения на сцепление и внутреннее трение.
Для слабых грунтов в условиях естественного залегания внешнее давление, равное природному бытовому давлению, с достаточной для практических целей точностью может быть принято равным нулю, т. е.:
Следовательно, в этом случае зависимость Кулона примет вид:
В состав установки для испытания грунта вращательным срезом должны входить:
- рабочий наконечник с лопастями (крыльчатка);
- штанги;
- устройства для создания и измерения крутящего момента;
- устройство для вдавливания крыльчатки в грунт.
Для испытания грунта в массиве установку дополняют устройством для отключения крыльчатки от штанг, позволяющим измерять трение штанг о грунт при неподвижной крыльчатке.
Конструкция установки должна обеспечивать:
- вдавливание крыльчатки в грунт ниже забоя опытной скважины или в массив и фиксацию ее на заданной глубине;
- передачу крутящего момента на крыльчатку;
- градуировку устройства для измерения крутящего момента;
- фиксирование штанг на заданной глубине, исключающее самопроизвольное вертикальное и горизонтальное перемещения штанг и крыльчатки.
Пиковое значение сопротивления грунта срезу:
Остаточное значение сопротивления грунта срезу:
где – максимальный крутящий момент
– постоянная крыльчатки
Постоянная крыльчатки:
где – высота крыльчатки
– диаметр крыльчатки
Модуль деформации:
где – угол поворота крыльчатки при крутящем моменте М