Иные методы испытания грунтов на сдвиг

Кроме описанных методов определений предельного сопротивления грунтов сдвигу (метод прямого среза, метод трехосного сжатия) существует ряд иных методов испытаний на сдвиг. Наиболее широко применяются на практике лопастные испытания пластичных грунтов на сдвиг и испытания связных грунтов на сдвиг по методу шарового штампа.

Лопастные испытания на сдвиг при кручении, которые проводятся в полевых условиях с помощью специальных лопастей (крылаток), в настоящее время широко применяют для испытания пластичных слабых глинистых и илистых грунтов, а так же водонасыщенных супесчаных грунтов в буровых скважинах.

При лопастных испытаниях в забой скважины ниже конца обсадной трубы в грунт вдавливается лопастная крыльчатка с четырьмя лопастями, после чего вращением рукоятки с помощью двойного червячного редуктора производится полный поворот (на 360^о) и грунт срезается по симметричной поверхности высотой h и диаметром d, при этом помощью торсиометра измеряют скручивающий момент М_кр. Лопастная установка дает возможность (при высоте крыльчатки 160 и диаметре 80мм) испытывать грунт на предельное сопротивление сдвигу от 1кгс/см² (~0,1 мПа), а при меньшем диаметре – до 2-2,5 кгс/см².

Приняв треугольное распределение сдвигающих напряжений τ_s по площади поперечного сечения цилиндра среза и равномерное распределение по его боковой поверхности, будем иметь

М_кр= τ_s*π*d*h*d/2+2* τ_s*π*d²/4*2/3*d/2, откуда

τ_s=2*М_кр/π*d²*h*(1+d/3h)

Глава 4. Напряжения в грунтовых сооружениях и основаниях

Вопрос об определении напряжений в грунтовой толще имеет важное значение для установления условий прочности и устойчивости грунтов и определения их деформаций (главным образом осадок) под действием внешних сил и собственного веса грунта.

При решении вопроса о распределении напряжений в грунтах в механике грунтов применяют теорию линейно деформируемых тел. Базирующуюся на линейной зависимости между напряжениями и деформациями в упругой среде (закон Гука). В общем случае для грунтов закон Гука неприменим, т.к. при действии внешних сил в грунтах при давлениях, больших структурной прочности, возникают не только упругие, но и значительно большей величины остаточные деформации. Для определения общих деформаций (упругих и остаточных – уплотнения, пластического течения, ползучести и др.) требуется учитывать дополнительные условия, вытекающие из физической породы грунтов, как дисперсных тел – сжимаемость (компрессию), ползучесть скелета и пр. Следует отметить, что теория линейно деформируемых тел справедливы только для массивов грунта при отсутствии в нем областей предельного напряженного состояния, при котором зависимость между деформациями и напряжениями нелинейно. (например, под сооружениями, несущими значительную нагрузку, близкую к предельной, а так же при отсутствии перераспределения фаз грунта в рассматриваемом объеме во времени)

1. Фазы работы грунта в основаниях сооружений

Анализируя закономерности нарастания внешних воздействий (осадок штампа с ростом нагрузки), Н.М. Герсеванов в 1930году выделил три участка графика, соответствующие трем фазам работы грунта (рис 11.1)

Рис 4.1 График деформации основания сооружения по Н.М. Герсеванову с тремя фазами работы грунта: 1- осадка за счет уплотнения грунта; 2- зоны локальных сдвигов с отдавливанием грунта; 3- вытирание; 4- линия скольжения.

Первый участок характеризуется ростом осадки при увеличении нагрузки с явно выраженной прямой пропорциональностью между осадками и нагрузками. Грунты основания при этом работают в I фазе, когда осадка является следствием уплотнения грунта нормальными напряжениями. При этом касательное напряжение τ, возникающее в основании, меньше сопротивляемости сдвигу S (τ˂S).

Второй участок графика характеризуется более интенсивным нарастанием осадки, что является следствием как уплотнения грунта, так и появления в основании зон нарушения прочности (τ=S), из которых происходит отдавливание грунта. Этот участок соответствует II фазе работы грунта – фазе локального нарушения прочности.

Третий участок графика соответствует катастрофическому нарастанию осадки. При этом под фундаментом или штампом формируется уплотненное ядро, которое раздвигает грунт в стороны. В основании формируются поверхности скольжения (слившиеся площадки, нарушения прочности), по которым τ˃S. При относительно наибольшем заглублении фундамента происходит выпор грунта и формирование валов выпирания на диванной поверхности. При наличии экстриситета приложения нагрузки происходит односторонний выпор. Этому участку соответствует III фаза работы грунта – фаза нарушения устойчивости основания.

Линейность зависимости осадки от нагрузки в I фазе работы грунта позволила обосновать применение математического аппарата линейной теории упругости для определения напряженного состояния грунта. Однако в связи с проявлением при нагружении грунта как упругих, так и остаточных деформаций следствием которых явяляется осадка основания сооружения, работающего в I фазе, его принять называть линейно-деформируемым основанием