Лабораторная работа № 4 сопротивление грунтов сдвигу Цель работы: определение прочностных характеристик грунта.

Оборудование и материалы: прибор для испытания грунтов на сдвиг ПСГ, мессуры (индикаторы часового типа), набор гирь, нож, монолит грунта.

Пояснения к работе

Сопротивление грунта сдвигу относят к одному из наиболее важных законов механики грунтов. Впервые этот закон был установлен Ш.О. Кулоном в 1773 г. Сопротивление грунтов сдвигу характеризуется углом внутреннего трения и удельным сцеплением, которые определяются путем лабораторных испытаний и др. методами.

Изучение сопротивления грунтов сдвигающим усилиям, возникающим в результате воздействия различных инженерных сооружений, имеет большое значение для правильного расчета устойчивости оснований (несущей способности) и др. инженерных расчетов. Одни исследователи полагают, что сопротивление глинистых пород сдвигу обусловлено только сцеплением между частицами, показателем которого является коэффициент сцепления, другие считают, что сопротивление глинистых пород сдвигу зависит как от сил трения, так и от сил сцепления. Показателями сил трения, действующих в грунте, считают угол внутреннего трения и коэффициент трения. Сопротивление сдвигу одного и того же грунта не постоянно и зависит от физического состояния грунта – степени нарушенности естественной структуры, плотности, влажности, а также от условий производства испытаний (конструкций прибора, скорости сдвига и т. п.).

Определение сопротивления грунтов срезу производится методами:

консолидированного среза, неконсолидированного среза.

Методические указания

Метод неконсолидированного среза. Этим методом неконсолидированного среза испытывают образцы ненарушенного сложения суглинков и глин, которые в природном залегании находятся в водонасыщенном состоянии, а также образцы без приложения нагрузки [5].

Грунт, заключенный в жесткую обойму, подвергается воздействию равномерно распределенной нагрузки q (рис. 7). К верхней части обоймы прилагается постепенно увеличиваемая нагрузка Р. При достижении некоторого критического значения нагрузки Р происходит смещение одной части обоймы относительно другой, т.е. сдвиг.

Рис. 7. Схема прибора

При сдвиге нормально уплотненных образцов каждый срез дает возможность получить точку на графике: по оси абсцисс откладывают нормальное давление σ, а по оси ординат – сдвигающее усилие  (рис. 8).

В результате получают зависимость, выражающуюся уравнением Кулона:

 = σ tg+C,

где С – сцепление, МПа;

tg  - коэффициент трения;

σ – нормальное давление на грунт МПа;

 - сдвигающее усилие МПа.

Рис. 8. График сопротивления сдвигу для связных грунтов

Данные заносят в журнал, составленный по форме табл. 4.

Таблица 4

Вертик. давление , МПа	Сдвиговое усилие , МПа	tg угла внутрен. трения 	Сцепление с, МПа	tg угла сдвига 	Углы сдвига, град.
0,1	0,16	50	0,04	1,6	1	58
0,2	0,28			1,4	2	54
0,3	0,35			1,1	3	49

Прочностные характеристики грунта – угол внутреннего трения , град, и удельное сцепление с, МПа, получают по графику зависимости

= f (P). При этом величину с определяют как отрезок, отсекаемый прямой = f (P) на оси ординат, а тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс есть тангенс угла внутреннего трения  . Нормативные и расчетные значения с и  следует устанавливать в соответствии с требованиями ГОСТ [8] и СНиП [6].

В несвязных грунтах силы сцепления ничтожны и их принимают равными 0, тогда уравнение Кулона приобретает вид

 = σ tg.

Графически эта зависимость изображается прямой, проходящей через начало координат (рис. 9).

Рис. 9. График сопротивления сдвигу для несвязных грунтов:

₁, ₂, ₃ – сдвигающие усилия; σ ₁, σ ₂, σ ₃ – нормальные давления;

 – угол внутреннего трения

На сопротивление сдвигу существенно влияет степень уплотненности песков; при более плотной укладке частиц сопротивление сдвигу возрас­тает за счет трения взаимно прижатых поверхностей и зацепления частиц.

Библиографический список

1. Малышев М.В., Болдырев Г.Г. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах): Учеб. пособие.- М. : АСВ, 2000.

2. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учеб. для вузов.- 2–е изд. доп. - М.: Высш. шк., 1973.

3. Мурзенко Ю.Н. Инновационные технологии в высшем строительном образовании: Моногр. / Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: НГТУ, 1998.

4. Чаповский Е.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов.- М.: Недра, 1975.

5. Аринина Э. В. Методические указания к проведению лабораторных занятий по курсу "Механика грунтов, основания и фундаменты"/ НПИ.- Новочеркасск, 1984.

6. СНиП 2.02.01 – 83.*) Основания зданий и сооружений/ Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1985.

7. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты.-М.: Стройиздат, 1981.

8. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.- М.: Изд-во стандартов, 2000.

Учебное издание