Алексеев С.И.

Механика грунтов. Часть 3




Сопротивление грунтов сдвигу

(Определяется в лаборатории опытным путем с использованием сдвигового прибора, для грунтов ненарушенной структуры.)

Схема испытаний грунта в сдвиговом приборе.

Сдвиговой прибор представляет собой толстостенный цилиндр, состоящий из 2 частей, одна из которых неподвижна, а другая может смещаться на величину S от действия сдвигающей нагрузки Т.

В прибор помещается образец грунта и нагружается давлением Р1, затем прикладываем ступенями сдвигающую нагрузку (Т), происходит сдвиг (разрушение образца) при τ1.

Берём второй образец с Р2 и получаем τ2.

Фотография локализованного объема сдвига грунта в сдвиговом приборе

Зона локализованного сдвига.

На приведенной фотографии показана зона локализованного сдвига, возникающая в месте среза в образце грунта. Отдельные полосы, полученные в результате проведенного опыта, показывают зону развития касательных напряжений τ в образце грунта по мере возрастания сдвигающей нагрузки (Т). В момент разрушения образца грунта касательные напряжения достигают максимального значения τ.

Существуют большое разнообразие типов сдвиговых приборов, применяемых в лабораторных испытаниях. На ниже приведенных фотографиях представлено изображение автоматизированного сдвигового прибора, входящего в комплекс автоматизированных систем измерения (АСИЗ).

Фотография автоматизированного сдвигового прибора.

Сдвиговой прибор (вид сверху).

Фотография автоматизированного сдвигового прибора.

Общий вид сдвигового прибора.

Результаты испытаний на сдвиговом приборе могут быть представлены следующей схемой:

Графическая интерпритация результатов испытания песчаных и глинистых грунтов сдвигу.

Здесь:

  • φ – угол внутреннего трения грунта;
  • Ре – давление связности;
  • С – сцепление глинистого грунта (начальный параметр прямой).

На представленном рисунке приведены результаты испытаний (доведение до разрушений) 3 образцов грунта, обжатого давлениями Р1< Р2< Р3(левый график представленной схемы). В результате в момент разрушения образца грунта получаем максимальные значения касательных напряжений сдвига τmax1, τmax2, τmax3, значения которых откладываем на графике τmaxmax(Р) (средний и правый графики представленной схемы). Различие в очертании графиков на данных схемах обусловлено свойствами песка и глины (обладающей способностью сцепления).

Таким образом, математическая формулировка III закона механики грунтов, или сопротивления грунта сдвигу (закон Кулона), может быть представлена зависимостью τ = С + f(Р) или сформулирована в следующим определением:

Сопротивление грунта сдвигу есть функция первой степени от нормального давления (при консолидированном состоянии грунта).

Представленные зависимости отражают работу грунта при консолидировано-дренированных испытаниях, что чаще всего отвечает работе возводимых сооружений.

Однако в ряде случаев, необходимо получать характеристики грунтов при неконсолидированном-недренированном состоянии – быстрый сдвиг (устойчивость стен котлованов, насыпей и т.д.), что имеет первостепенное значение для глинистых водонасыщенных грунтов.

На приведенной ниже схеме показано, что сопротивление быстрому сдвигу связных водонасыщенных грунтов зависит в основном только от влажности W . Такие грунты будут обладать лишь параметром сцепления (С) при практическом значении угла внутреннего трения равного нулю φ≈0.

Графическая интерпритация неконсолидированно-недренированных испытаний глинистых грунтов.

В современных условиях развития механики грунтов, для определения сопротивления грунта сдвигу существует довольно много приборов и способов:

  • Односрезные сдвиговые приборы.
  • 2-срезные сдвиговые приборы.
  • Приборы 3-осного сжатия (стабилометры).
  • Зондирование.
  • Искусственное обрушение откосов.
  • Лопастные испытания (крыльчатка).
  • Метод шарикового штампа.

Для изучения данных способов обращайтесь к дополнительной литературе.

Каковы пределы изменения φ?

Для сыпучих грунтов (песков) Для глинистых грунтов; φ = f(W)
Мелкие пески Крупные пески Текучее состояние Твёрдое состояние
φ от 24° φ до 40° φ = 0 φ до 45°

φ – основная прочностная характеристика грунта.

В качестве примера необходимости точного определения прочностных характеристик грунтов оснований, рассмотрим случай возникновения аварийной ситуации при проведении ремонтных работ по береговому укреплению на набережной реки Фонтанка в Санкт-Петербурге.

Пример влияния величины ула внутреннего трения на устойчивость подпорной стенки. Точность определения угла внутреннего трения должна быть в пределах одного градуса.

В расчёте по определению активного давления грунта ЕА на стену набережной канала в начале был принят угол внутреннего трения грунта 22°. В результате проведения работ фактически образовавшаяся величина ЕА привела к нарушению устойчивости стенки по длине около 200 м. После дополнительного исследования свойств грунтов оказалось, что φ =18°, или на 4° меньше ранее принятого значения. Ошибка (неточность) в измерении φ привела к возникновению аварийной ситуации на стройке.

Таким образом, качество проводимых испытаний грунтов и точность определения величин φ имеют решающие значение при расчете сооружений по устойчивости, прочности.

Не менее важное значение в обеспечении прочности и устойчивости оснований имеет и характеристика сцепления (С). Так при производстве работ по устройству оросительного канала в связных грунтах, без учета сцепления откос должен быть выполнен с заложением 1:4.

Проектное решение по разной величине заложения откосов оросительного канала в зависимости от величины сцепления.
Учет даже незначительной величины сцепления позволяет получить значительный экономический эффект от снижения объёмов работ при строительстве.

Откос при учете сцепления на незначительную величину С = 0,005 МПа получил уже заложение 1:1,5, что позволило сократить объем земляных работ ≈ на 61000 м3 на 1 км канала и получить значительный экономический эффект.

<< В начало < Назад 1 2 3 4 5 Читать дальше > В конец >> 

Разделы




Постоянный адрес этой главы: buildcalc.ru/Learning/SoilMechanics/Open.aspx?id=Chapter3