Одноосное, сдвиговое, трехосное испытания. Закон кулона. Угол внутреннего трения. Удельное сцепление. Давление связности. Условие предельного равновесия

В ходе одноосного испытания для определения прочности грунта нагружение ведется до полного разрушения образца. При этом получают значение прочности образца грунта на одноосное сжатие R_с, равное

где: F_пр – предельное разрушающее усилие; А – площадь поперечного сечения.

Также можно определить значение прочности образца грунта на одноосное растяжение R_р, определяемое, как испытаниями, так и косвенно. Например, для скальных грунтов R_р лежит в интервале от 0,1· R_с до 0,05· R_с. На характеристики R_с и R_р скальных грунтов существенное влияние оказывает их трещиноватость.

Испытания на одноплоскостной сдвиг проводят в сдвиговом приборе

Схема сдвигового прибора

 

В ходе испытания образец грунта при помощи вертикального усилия F предварительно уплотняют до требуемого состояния (консолидируют), а затем при F = const прикладывают горизонтальное усилие Т до того момента, когда произойдет разрушение образца по заданной поверхности сдвига. Сжимающее напряжение σ и касательное τ определяют как

 

НЕ У, А σ, НЕ Ф, а τ

Предельное значение τ, при котором начинается разрушение образца, называют сопротивлением сдвигу. Испытания проводят на нескольких одинаковых образцах при разных σ. График сопротивления сдвигу песчаных грунтов представляют в виде прямой, выходящей из начала координат (рис. б). График сопротивления сдвигу песчаных (сыпучих) грунтов называется законом Кулона для сыпучих грунтов, и описывается уравнением

Рис. Графики горизонтальный перемещений образцов при разных значениях σ (а) и график сопротивления сдвигу образцов песчаного грунта (б)

Для образцов глинистого грунта график сопротивления сдвигу имеет криволинейную зависимость (рис.). График сопротивления сдвигу глинистых грунтов также представляют в виде прямой, отсекающей на оси τ отрезок с, называемый удельным сцеплением. Удельное сцепление характеризует связность грунта. График сопротивления сдвигу глинистых (связных) грунтов называется законом Кулона для связных грунтов, и описывается уравнением

 

 

Рис. График сопротивления сдвигу образцов глинистого грунта:

1 – опытный график; 2 – спрямленный график

Угол наклона прямой φ на рисунках называют углом внутреннего трения грунта, поскольку сопротивление сдвигу грунта обусловлено сопротивлением трению перемещающихся частиц. Коэффициент пропорциональности f = tgφ называют коэффициентом внутреннего трения.

В общем виде закон Кулона для сыпучих и связных грунтов можно сформулировать так: "Сопротивление грунтов сдвигу есть функция первой степени от нормального напряжения".

Полевые методы определения прочностных и деформационных характеристик грунтов

Полевые испытания при всей своей трудоемкости и дороговизне являются наиболее достоверными, а для некоторых грунтов (пески водонасыщенные, глинистые текучие, трещиноватые скальные и т.п.), когда отбор образцов ненарушенной структуры невозможен, и единственно возможным способом определения механических свойств.

Испытания методом статической нагрузки проводят в шурфах или скважинах при помощи инвентарных жестких штампов (рис.). По результатам испытания определяют модуль деформации грунта по формуле

 

где: ω – коэффициент, зависящий от формы штампа; b – ширина или диаметр штампа; ν – коэффициент Пуассона; Δp_i, Δs_i – приращение давления и осадки.

 

 

Рис. Схема (а) и результаты (б) полевых испытаний грунта на сжатие:

1 – выработка; 2 – штамп; 3 – стойка; 4 – прогибометры; F – нагрузка

Среди испытаний методом зондирования различают статическое и динамическое зондирование. В первом случае зонд вдавливают при помощи домкратов, а во втором – зонд погружают путем забивки или ударно-вращательного погружения.

 

 

Закономерности состава и строения грунтов тесно связаны с условиями их происхождения. Происхождение положено в основу классификации грунтов (ГОСТ 25100-95, взамен ГОСТ 25100-82).

Другие ГОСТы по грунтам, которыми необходимо пользоваться при проектировании и строительстве инженерных сооружений:

ГОСТ 30416-96 – Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.

2) ГОСТ 5180-84 (2005) – Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

3) ГОСТ 22733-2002 – Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности.

4) ГОСТ 23061-90 – Грунты. Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности.

5) ГОСТ 12248-2010 – Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

6) ГОСТ 24143-80 (1987) – Грунты. Метод лабораторного определения характеристик набухания и усадки.

7) ГОСТ 25584-90 (с изм. 1999) – Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации.

8) ГОСТ 28622-90 (2005) – Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости

9) ГОСТ 26263-84 – Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов.

10) ГОСТ 12071-2000 – Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.

11) ГОСТ 20522-96 – Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

12) ГОСТ 30672-99 – Грунты. Полевые испытания. Общие положения.

13) ГОСТ 20276-99 – Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости.

14) ГОСТ 19912-2001 – Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием.

15) ГОСТ 25358-82 – Грунты. Метод полевого определения температуры.

16) ГОСТ 24847-81(87) – Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного промерзания.

17) ГОСТ 26262-84 – Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного оттаивания.

18) ГОСТ 27217-87 (1988) – Грунты. Метод полевого определения удельных касательных сил морозного пучения.

19) ГОСТ 5686-94 – Грунты. Методы полевых испытаний сваями

20) СП (свод правил) 50-101-2004 – Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений