1.1.2. Подготовка образцов грунта к испытанию.

Прочностные характеристики определялись на образцах грунта нарушенной структуры с заданными значениями плотности скелета, влажности и степени его водонасыщения. Указанные характеристики назначались для мелкоземной части грансостава грунта.

Подготовка образцов грунта проводилась в следующем порядке. Исследуемый грунт доводится до воздушно-сухого состояния, размельчался и просеивался на сите 2 мм для отделения мелкозема от крупнозернистых включений. При наличии в грансоставе включений крупнее 50 мм, эти включения удалялись отсевом через сито с размером ячейки 50 мм. Отделенные таким образом крупнозернистые включения рассеивались на ситах с размерами ячеек 2, 5, 10, 20 и 40 мм с промывкой водой для удаления налипшего глинистого грунта. Из частиц размером 2 – 5 мм и из мелкозема отбирались пробы для определения плотности частиц грунта пикнометрическим способом по ГОСТ 5180-84, а также пробы на влажность. Грансостав мелкозема определялся ареометрическим методом по ГОСТ 12536-79.

Мелкозем в воздушно-сухом состоянии доувлажнялся до заданной влажности. Крупнозернистые включения замачивались в воде и немного подсушивались для удаления излишков влаги. После чего мелкозем и крупнозернистые включения перемешивались в заданной пропорции таким образом, чтобы содержание по массе крупнозернистых включений в смеси составляло: 10, 20 и 30%.

Масса навески грунта (смеси мелкозема с крупнозернистыми включениями) для загрузки в сдвиговой прибор подсчитывалась по формуле

, (1.1)

где ρ_d - плотность скелета грунта (смеси), г/см³; W - влажность грунта (смеси), д.е.; V = 14525 см³ – объем навески.

Входящие в (1.1) значения плотности скелета грунта и его влажность определялись по зависимостям

, (1.2)

W = W₁ (1-Х), (1.3)

где ρ_d1 - плотность скелета и W₁ - влажность мелкозема - заданные значения; ρ_s2 - плотность частиц крупнозернистых включений, определялась пикнометрическим способом; Х - содержание крупнозернистых включений по массе в смеси, д.е.

В срезную коробку прибора навеска грунта, рассчитанная по формулам (1.1) – (1.3), загружалась в 3 приема равными частями и уплотнялась трамбованием. Контроль плотности грунта в приборе осуществлялся по его массе и объему образца в уплотненном виде.

1.1.3. Проведение сдвиговых испытаний грунта.

Неконсолидированно-недренированное испытание. Уплотненный образец грунта нагружался в одну ступень нормальным давлением, при котором производился сдвиг. Далее создавался зазор 2 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки и прикладывалась сдвигающая нагрузка ступенями не более 10% значения нормального давления. Каждая последующая ступень сдвигающей нагрузки прикладывалась через 10-15 с или после того, как скорость деформации сдвига становилась меньше 4 –5 мм/мин. Испытание считалось законченным, когда после приложения очередной ступени сдвигающей нагрузки происходило безостановочное перемещение подвижной части срезной коробки со скоростью, превышающей 5 мм/мин, или когда общая деформация сдвига превышала 2 см. По окончании испытания образец разгружался. Из зоны сдвига отбирались пробы на влажность.

Консолидированно-дренированное испытание. Образец грунта после загрузки в прибор подвергался предварительному уплотнению при нормальных давлениях, при которых производился сдвиг, до прекращения деформаций сжатия. За критерий условной стабилизации деформаций принималось ее приращение, не превышающее 0,01 мм за 3 часа. Сдвиг производился под действием касательных нагрузок, прикладываемых ступенями, величина которых не превышала 5% от значения нормальной нагрузки. Каждая последующая ступень прикладывалась после условной стабилизации деформаций среза, когда скорость деформации не превышала 0,04 мм/мин. Испытание считалось законченным в том случае, если после приложения очередной ступени сдвигающей нагрузки происходило безостановочное перемещение подвижной части срезной коробки со скоростью, превышающей 0,04 мм/мин, или когда общая деформация сдвига превышала 2 см. По окончании испытания образец разгружался. Из зоны сдвига отбирались пробы на влажность.

Обработка результатов сдвиговых испытаний грунтов выполнялась в соответствии с ГОСТ 20522-96.

Испытание грунтов шаровым штампом. Как указывается в [2], прочность грунта существенно зависит от времени нагружения. При этом сцепление грунта изменяется во времени весьма значительно в то время, как угол внутреннего трения меняется мало, и в ряде случаев его можно рассматривать как постоянную величину. Таким образом, для установления длительной прочности необходимо определить предельно-длительное сцепление грунта. Для этой цели весьма эффективен метод шаровой пробы Н.А. Цытовича [1], основанный на измерении осадки шарового штампа под действием некоторой постоянной нагрузки. Диаметр шара или нагрузка выбираются такими, чтобы отношение осадки к диаметру шарового штампа было больше 1/200 и не превосходило 1/10. В этом случае упругими деформациями грунта можно пренебречь и испытания штампами разного диаметра будут давать тождественные результаты.

Сцепление грунта определяется по формуле

(кг / см²)

в которой Р - нагрузка на штамп, кг; D - диаметр шара, см; S(t) - глубина вдавливания штампа под нагрузкой, см. Эта глубина меняется от начального S(0) до конечного стабилизированного значения, чему соответствует условно-мгновенное сцепление С₀ и предельно-длительное С∞.

Опыты по определению длительного сцепления выполнялись на образцах грунта после сдвига по открытой схеме. Применялся штамп с диаметром шара 12,4 см, нагруженный гирями общей массой 15 кг. Длительность опытов составляла от 3 до 24 часов.