Лабораторная работа № 2

Определение показателей прочности грунта

Сопротивление сдвигу определяется в условиях предельного равновесия грунта и равняется наименьшему касательному напряжению, при котором грунт, находящийся под нормальным давлением σ разрушается. Разрушение грунтовых оснований или сооружений из грунта под действием касательных напряжений является характерной формой потери ими прочности вследствие слабой сопротивляемости грунта сдвигу.

Сопротивление сдвигу грунтов в диапазоне напряжений от 0,3 – 0,5 мПа складывается из двух частей: первая не зависит от величины нормального напряжения, действующего по площадке сдвига, и называется удельным сцеплением, вторая, являющаяся функцией нормального напряжения, называется трением.

Условие прочности для немерзлых грунтов выражается законом Кулона (1773 г.): предельное сопротивление грунтов сдвигу есть функция первой степени от нормального давления.

Для глинистых грунтов:

τ_пред = σ _z tg φ + C

Для песчаных грунтов:

τ_пред = σ _z tg φ ,

где φ – угол внутреннего трения;

С – удельное сцепление.

Параметры сопротивления грунта сдвигу φ и C являются двумя характеристиками прочности грунта, которые используются в решении задач, связанных с определением несущей способности оснований, устойчивости откосов выемок, давления грунтов на подпорные сооружения и т. д. Для мерзлых грунтов прочность определяется эквивалентным сцеплением С_экв. , под которым понимают сопротивление его нагрузке вследствие цементирующего действия льда, а также его молекулярных взаимодействий незамершей воды и минеральных частиц:

τ_пред = C_экв.

Задание 1. Определение показателей прочности глинистого грунта (угла внутреннего трения φ и удельного сцепления С) в приборе одноплоскостного среза

τ_пред = σ _z tg φ + C (1)

Для определения показателей прочности φ и C методом прямого среза необходимо провести испытания на сдвиг нескольких образцов одного и того же грунта при разной величине вертикальных нормальных сжимающих напряжений. Зная разрушающую пару τ_пред и σ _z для каждого опыта, находят значения φ и C исследуемого грунта графическим путем.

Для испытания глинистого грунта образец помещают в рабочую камеру прибора и устанавливают систему вертикального напряжения. С помощью специальных винтов устанавливают зазор в 2 – 3 мм между верхней и нижней каретками сдвигового прибора. Приложив вертикальную нагрузку, необходимо дождаться стабилизации деформации, после чего следует установить нулевой отсчет на индикаторе горизонтальных деформаций и приложить к подвеске сдвигающей системы первую ступень нагрузки.

Сдвигающую нагрузку в каждом опыте прикладывают ступенями так, чтобы приращение касательных напряжений ∆ τ не превышало десятой доли обжимающих усилий σ_z. После стабилизации горизонтальных деформаций фиксируется ее величина и прикладывается следующая ступень нагружения, и так до разрушения образца.

Образец считается разрушенным, если горизонтальное перемещение подвижной обоймы превысило 3 мм.

Исходные данные:

– площадь образца А = 40 см²_;

– отношение плеч рычага для вертикальной нагрузки N_В = 1 : 10;

– отношение плеч рычага для сдвигающей нагрузки N_Г = 1 : 10.

Результаты испытаний

Вертикальная .нагрузка		Горизонтальная нагрузка		t мин.	Показания Индикатора мм.	Горизонт. перемещ. Ui , мм
рi , кгс	Вертик .нормаль. напряжен σz,i,кгс/см2	θi ,кгс	Сдвигающ. Напряжен τ пред
20	0,5	0,1		0
				1
				2
				3
				1
				2
				3
		0,2		1
				2
				3
		0,4	τ пред1	1
				2
				3
40	1,0	0,6
		0,8
		1,0	τ пред2

По результатам испытаний строят следующие графики:

– график зависимости горизонтального перемещения подвижной обоймы δ от сдвигающего напряжения τ:

τ, кПа

δ, мм

– график зависимости предельных сдвигающих напряжений τ_пред от нормальных напряжений σ_z:

τ_пред., кПа

τ₃

τ₂

τ₁

σ_z , кПа

σ₁ σ₂ σ₃

Угол внутреннего трения φ и сцеплениe С вычисляются по формулам:

tg φ = (τ_пред.2 – τ_пред.1) / (σ_z2 – σ_z1 );

Предельные сдвигающие напряжения определятся

τ_пред.1 = θ₁ 10 / А ; τ_пред.2 = θ₂ 10 / А

Удельное сцепление:

C = τ_пред.1 – σ₁ tg φ = τ_пред.2 – σ₂ tg φ (кгс/см² ) .