Сопротивление грунтов сдвигу

Значение касательного напряжения т, при котором происходит сдвиг (смещение одной части грунта по отношению к его другой части под действием постоянно возрастающего сдвигающего усилия), назы­вается предельным сопротивлением грунтов сдвигу.

Одним из способов определения сопротивления грунтов сдвигу является испытание их на прямой срез в одноплоскостных сдвиговых приборах в соответствии с требованиями ГОСТ 12248-78 "Грунты. Ме­тоды лабораторного определения сопротивления срезу". К помещен­ному в прибор образцу грунта ступенчато прикладывают вертикальное давление, под действием которого происходит уплотнение грунта. По­сле достижения данной величины давления и стабилизации дефор­мации грунта к верхней (или нижней) обойме прибора - в зависимости от его конструкции - прикладывают горизонтальное давление до тех пор, пока не произойдет горизонтальное перемещение одной части образца грунта по другой. Величина перемещения фиксируется инди­катором. Испытание следует считать законченным, когда произойдет мгновенный срез одной части образца по отношению к другой или об­щая деформация среза составит 5 мм.

Такие испытания проводят для нескольких образцов грунта (ми­нимум трех), находящихся в одинаковом состоянии при различных значениях вертикальных давлений Р. С увеличением сжимающих на­пряжений, действующих на образец, предельные касательные напря­жения возрастают.

По результатам испытаний для нескольких образцов при различ­ных нормальных напряжениях строят график зависимости касатель­ных и нормальных напряжений .

Для этого через опытные точки проводят прямую линию, зани­мающую среднее положение между всеми точками.

Для этого через опытные точки проводят прямую линию, зани­мающую среднее положение между всеми точками.

Опытами установлено, что график зависимости предельного со­противления грунтов сдвигу от нормального напряжения для идеально сыпучих грунтов в пределах изменений напряжений, представляющих интерес для строительства (0,1-0,6 МПа), с достаточной степенью точ­ности может быть принят за прямую линию, выходящую из начала ко­ординат и наклоненную под углом φ к оси нормальных напряжений (рис. 9).

 

Рис. 9. График зависимости сопротивления сдвигу

от нормального напряжения

для песков

 

Согласно графику, зависимость между касательным и нормаль­ным напряжениями выражается уравнением

, (31)

или , (31')

где f=tgφ - коэффициент внутреннего трения.

Угол φ - угол внутреннего трения - является прочностной харак­теристикой для песков. Он может быть получен по графику зависи­мости или вычислен из выражения

Выражение (31) является основной прочностной зависимостью для сыпучих грунтов, носит название закона Кулона и формулируется следующим образом: предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нор­мальному напряжению.

Для глинистых грунтов зависимость между касательными и нор­мальными напряжениями имеет более сложный характер в связи с тем, что сопротивление сдвигу глинистых грунтов обусловлено не только силами трения, но и связностью грунта. Однако, как и для сыпучих грунтов, зависимость предельного сопротивления сдвигу от нормальных напряжений представляется прямой линией (рис. 10).

 

Рис. 10. График зависимости сопротивления сдвигу

от нормального напряжения для глинистых грунтов

 

Эта зависимость описывается уравнением

= , (32)

где φ - угол внутреннего трения, с - сцепление грунта.

Приняв f=tg(φ), уравнение (32) примет вид

 

= (32')

Коэффициент f=tg по аналогии с сыпучими грунтами носит на­звание коэффициента внутреннего трения. Параметр с называется удельным сцеплением глинистых грунтов и характеризует их связ­ность.

Угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с являются прочностными характеристиками глинистых грунтов.

Уравнение (32) выражает закон Кулона для глинистых грунтов, ко­торый формулируется следующим образом: «предельное сопротивле­ние связных грунтов сдвигу при завершенной их консолидации есть функция первой степени от нормального напряжения».