Материал: metodicheskie_ukazaniya_po_proektirovaniyu_zemlyanogo_polotna_na_slabykh

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

При оценке сопротивляемости слабых грунтов сдвигу в лаборатории следует исходить из теории «плотности-влажности», в соответствии с которой сопротивляемость практически полностью водонасыщенного грунта сдвигу spW в общем виде выражается как

spW = p × tgjW + cW,

где р - полное нормальное давление на площадке сдвига, кг/см2;

jW - угол внутреннего трения, зависящий от плотностивлажности грунта в момент сдвига;

cW - сцепление, также зависящее от плотности-влажности грунта в момент сдвига, кг/см2.

При этом

cW = åW + сc,

где åW - часть полного сцепления, имеющая водно-коллоидную природу;

сc - часть полного сцепления, обусловленная наличием невосстанавливающихся связей.

Задача испытаний сводится к установлению зависимости угла внутреннего трения jW, и сцепления cW от влажности в зоне сдвига, что достигается в результате сдвига под несколькими (не менее трех) нормальными нагрузками нескольких образцов, имеющих различные плотности-влажности.

Величины нормальных нагрузок при сдвиге следует назначать с учетом величины фактической нагрузки, которая будет действовать на основание в данном конкретном случае в реальных условиях.

Максимальная нормальная нагрузка при сдвиге не должна, как правило, превышать более чем на 0,2 - 0,3 кг/см2 проектную нагрузку, определяемую по указаниям пп. 67 - 70 основного текста (с учетом возможной величины временной пригрузки, если предполагается применять этот метод).

Кроме максимальной нормальной нагрузки, назначаются еще не менее двух меньших нормальных нагрузок, под которыми будет осуществляться сдвиг. Их величины выбираются с таким расчетом,

151

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

чтобы интервал от максимальной до нулевой нагрузки был разбит примерно на равные отрезки.

Под каждой из выбранных нормальных нагрузок производится сдвиг, как правило, не менее четырех идентичных образцов, имеющих различную влажность в момент сдвига.

Различия во влажности образцов в момент сдвига можно достигать следующими путями:

а) выдерживанием каждого из образцов, предназначенных для сдвига при одной и той же нормальной нагрузке, различное время под той нагрузкой, при которой производится сдвиг.

В этом случае первый образец сдвигается немедленно после приложения заданной нормальной нагрузки, второй образец сдвигается только после выдерживания его под данной нагрузкой до практически полного завершения консолидации, а два других образца перед сдвигом выдерживаются под нагрузкой с таким расчетом, чтобы их влажность в момент сдвига имела два различных промежуточных значения в интервале между влажностями первого и второго образцов.

При испытании в сдвиговых приборах предварительное выдерживание образцов под нагрузкой может проводиться как в самых сдвиговых приборах (до установки зазора), так и в приборах предварительного уплотнения;

б) выдерживанием образцов различное время под одной достаточно большой по величине нагрузкой, величина которой должна быть не меньше максимальной нормальной нагрузки при сдвиге. Предельное значение уплотняющей нагрузки определяется возможностью передать ее на образец без выдавливания грунта в щели. Чем больше нагрузка (в пределах возможного), тем меньше времени будет затрачено на испытание. В этом случае по одному образцу под каждой нормальной нагрузкой испытывается без предварительного выдерживания под уплотняющей нагрузкой;

в) выдерживанием образцов до практически полной консолидации под различными нагрузками, наибольшая из которых должна быть примерно вдвое больше максимальной нормальной нагрузки при сдвиге. Четыре образца из серии в этом случае также не подвергаются предварительному уплотнению.

152

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Уплотняющие нагрузки должны назначаться с таким расчетом, чтобы охватывать интересующий нас диапазон влажностей, а также дать возможность уверенно экстраполировать кривые в области высоких влажностей. При выборе нагрузок предварительного уплотнения целесообразно ориентироваться на результаты компрессионных испытаний данного грунта. Таким образом, в результате предварительного уплотнения одним из указанных способов имеют: 3 образца, не подвергавшихся предварительному уплотнению, т.е. при природной (максимальной) влажности; 3 образца, максимально уплотненные (с минимальной влажностью), и две группы по 3 образца, каждая из которых имеет некоторую промежуточную (между максимальной и минимальной) влажность.

Каждый из трех образцов группы испытывается на сдвиг под одной из принятых нормальных нагрузок. Интенсивность приложения сдвигающей нагрузки (ступенчатой или непрерывной) рекомендуется назначать с таким расчетом, чтобы сдвиг образца происходил не более чем за 3 - 10 мин.

При ступенчатом приложении нагрузки (гирями) очередную ступень следует прикладывать, не дожидаясь прекращения деформации от предыдущей ступени. Достаточно убедиться, что деформация сдвига, регистрируемая мессурой, носит затухающий характер. Это устанавливается путем сопоставления 4 - 5 отсчетов по мессуре, взятых с интервалом в 3 - 5 сек.

При использовании ступенчатой нагрузки целесообразно принимать небольшие ступени - 100 - 200 г на рычаг в зависимости от консистенции грунта.

Сдвиг считается завершенным в случае получения незатухающей деформации, заканчивающейся «срывом» образца. При применении автоматического записывающего устройства момент сдвига определяется непосредственно по диаграмме.

Немедленно после завершения сдвига и извлечения образца из зоны сдвига образца отбирают пробы грунта на влажность. Если произошел «срыв», пробы следует отбирать из обеих половинок образца.

Результаты испытаний наносят в виде точек на сетку координат, по оси абсцисс которой откладывают влажность грунта W в зоне сдвига в процентах, а по оси ординат - значения сопротивляемости сдвигу spW. Точки, относящиеся к одной и той же нормальной

153

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

нагрузке при сдвиге, обозначают одинаковыми значками. Далее через эти точки проводят осредняющие кривые, каждая из которых представляет собой зависимость сопротивляемости грунта сдвигу при данной нормальной нагрузке от влажности.

Полученный график перестраивают в зависимости сопротивляемости сдвигу от нормальной нагрузки spW = f(p) для различных влажностей. Последние зависимости принимаются прямолинейными (через экспериментальные точки проводят осредняющие прямые), причем угол наклона каждой из таких прямых к оси абсцисс принимается за угол трения грунта при данной влажности, а отрезки, отсекаемые ими на оси ординат, - за сцепление грунта при той же влажности.

Определенные графические значения сцепления и углов трения наносят на графики, устанавливающие зависимости сцепления и угла внутреннего трения от влажности грунта. Последние могут непосредственно использоваться для определения расчетных параметров сопротивляемости грунта сдвигу при любой интересующей проектировщика влажности, т.е. на любой стадии консолидации грунта основания.

Величина структурного сцепления сс может быть определена по сопоставлению результатов испытания на сдвиг образцов с ненарушенной структурой и аналогичных образцов, предварительно разрезанных по плоскости сдвига и выдержанных перед сдвигом под нагрузкой, эквивалентной их плотностивлажности.

При обработке результатов сдвиговых испытаний следует графики зависимости сопротивляемости сдвигу от влажности строить в полулогарифмическом масштабе (сопротивляемость сдвигу откладывается в логарифмическом масштабе, а влажность -

влинейном). В этом случае зависимости spW = f(W) превращаются

впрямолинейные, что упрощает осреднение и экстраполяцию, а также позволяет получать искомые зависимости при недостаточном количестве образцов.

Для получения большего числа экспериментальных точек или при недостаточном количестве монолитов можно производить два сдвига на одном образце, если его начальная высота - не менее 3

см.

Для замедления отжатия воды из образцов, испытываемых в приборах прямого сдвига без предварительного уплотнения или

154

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

под нагрузками, превышающими нагрузки предварительного уплотнения, торцы образца следует закрывать резиновыми кружками.

В случае применения для испытаний грунта приборов трехосного сжатия принципы подготовки образцов и проведения испытаний остаются теми же. Различие заключается в том, что по результатам стабилометрических испытаний строят зависимости вертикального напряжения p1 в момент разрушения образца от величины влажности для 2 - 3 значений бокового давления p2. Далее с полученного графика p1 = f(W) для нескольких значений влажности снимают значения p1, соответствующие тому или иному значению р2; по полученным значениям строят круги Мора и, проводя к ним касательные, определяют величины сцепления и угла трения обычным порядком, после чего строят искомые зависимости сW = f(W) и jW = f(W).

Подготовленные образцы рекомендуется испытывать в быстром темпе (за 3 - 10 мин) в условиях закрытой системы.

Для получения ориентировочных данных о сопротивляемости слабых грунтов сдвигу в состоянии, соответствующем их природной плотности и влажности, при недостаточном количестве образцов на первой стадии проектирования может применяться методика быстрых сдвигов. В этом случае удобно использовать сдвиговые приборы с наклонными столиками. Следует прикрывать торцы образцов топкими резиновыми пластинками для снижения скорости уплотнения.

Водопроницаемостью грунтов называют способность их пропускать сквозь себя воду.

Численно водопроницаемость характеризуется показателем, называемым коэффициентом фильтрации Kф, который представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте I, равном единице Vф = Kф × I. Выражают коэффициент фильтрации в см/сек или в м/сутки. Коэффициент фильтрации используется при расчетах осадки во времени, песчаных дрен, дренажных устройств и т.д.

Существуют несколько методов определения коэффициента фильтрации грунтов:

а) непосредственное лабораторное в фильтрационных приборах;

155