Лабораторна робота №5

Випробування ґрунтів на зсув у приладі П10-С.

Прилад П10-С переносний розбірний (рис. 5. 1), призначений для польових та стаціонарних випробовувань ґрунтів на зсув (визначення кута внутрішнього тертя та щеплення ґрунту); за принципом дії – однозрізний.

Рис.5. 1. Загальний вигляд приладу П10-С для дослідження ґрунтів на зсув.

Технічні дані:

Граничний питомий тиск, , не більше:

• горизонтальний….6

• вертикальний…….6,5

Габаритні розміри футляру із вкладеним в нього приладом, мм..530255136

Маса приладу, кг, не більше……………………………18,5.

Прилад для випробувань ґрунтів на зсув складається із основної частини, пристосування для замочування та переміщення зразків ґрунту із компресійних гільз до приладу (перештовхувача), важеля для горизонтального навантаження з підвіскою та вантажами; двох індикаторів для заміру вертикальних та горизонтальних переміщень, струбцини, телескопічної важільної системи для вертикального навантаження з підвісками для вантажів, важків та вантажів.

Основна частина приладу складається із основи, рухомої каретки, розрізної гільзи, штока з поршнем.

На рисунку 5.2 зображено схему одноплощинного зсувного приладу ПС -10, що працює за аналогічним принципом.

Рис.5 2. Схема одноплощинного зсувного приладу ПС -10: 1 - індикатор годинникового типу для виміру деформації зразка грунту; 2 - жорсткі перфоровані суцільні штампи для передачі нормального тиску на зразок; 3,4 - робоче кільце, що складається з двох півкілець; 5,6 - зрізна коробка , що складається з нерухомої частини і рухомої каретки; 7 - механізми для створення вертикального та горизонтального навантажень.

Пристосування для замочування зразків ґрунту (рис.5. 3) являє собою станину, до якої між спарованими та дренажними дисками 2 та листками фільтрувального паперу 5 поміщають компресійні гільзи 3 із зразками ґрунту 4, що підлягають випробовуванню. Гайки 1 станини щільно затягують, що виключає можливість зміни об’єму зразків ґрунту під час зволоження.

Рис.5. 3. Пристосування для замочування зразків ґрунту: 1- гайка; 2- спаровані диски; 3- компресійна гільза; 4- зразок ґрунту; 5- фільтрувальний папір.

Пристосування для переміщення зразків ґрунту, що випробовується із компресійних гільз до приладу являє собою направляючий циліндр, нижня частина якого призначена для надівання на загострену (ріжучу) частину компресійної гільзи з ґрунтом, а верхня та торцева слугують для направлення розташованого всередині цього циліндру поршня-виштовхувача.

Важільна система для горизонтального навантаження складається із важеля, підвіски для вантажів та комплекту вантажів.

Опора важеля розміщена в боковій частині основи приладу. Важіль за допомогою спеціальної пружинної тяги поєднується з нижньою рухомою частини гільзи, тобто з кареткою. Співвідношення плечей важеля 1:25, що дає 25-кратне збільшення зсувної сили.

Два індикатори слугують для вимірювання вертикальної деформації стискання та горизонтальної деформації зсуву зразка ґрунту, що випробовується. Індикатори годинникового типу з межею виміру від 0 до 10 мм та ціною поділки 0,01 мм.

Струбцина призначена для кріплення опори завантажувального вузла, що передає зразку, що досліджується вертикальне навантаження. Струбцина складається із скоби з гвинтом, за допомогою якого і закріплюється на дошці або на столі.

Телескопічна важільна система для прикладання до приладу вертикального навантаження дає 25-кратне її збільшення для штока приладу та п’ятикратне зменшення при навантаженні противаг. Противага слугує для попереднього врівноваження ваги важільної системи у нейтральному стані, після чого робочу частину важільного пристрою завантажують.

Порядок виконання роботи.

Опір ґрунту зсуву характеризується коефіцієнтом (кутом) внутрішнього тертя та щепленням.

Опором зсуву глинястих ґрунтів визначається:

• для зразків непорушеного складу в умовах природної вологості або в умовах додаткового зволоження до повного насичення;

• для зразків порушеного складу за заданої щільності (пористості), складу та вологості.

Опір зсуву піщаних ґрунтів звичайно визначається для зразків порушеного складу в повітряно-сухому або зволоженому стані.

Для визначення опору зсуву використовують зразки ґрунту у формі циліндру діаметром 56 мм та висотою 20 мм, відібранні компресійними гільзами.

Вимірюють деформації стискання та зсуву зразка ґрунту індикаторами з точністю до 0,01 мм. Результати вимірів опору зсуву виражають в .

Зразки, призначені для випробувань в умовах повного насичення водою, попередньо зволожують у спеціальному пристрої для замочування.

Зразки, відібрані у компресійних гільзах, прикривають з обох сторін листками фільтрувального паперу та поміщають до станини пристрою для замочування між двома дренажними дисками. Станину із зразками згвинчують та поміщають у воду для замочування, яке в залежності від ступеня водонепроникності ґрунту продовжується від декількох годин до декількох діб. Після того, як зразки ґрунту будуть повністю замочені, їх по одному виймають із пристосування та випробовують на зсув. Інші зразки до моменту випробовування залишаються у воді.

Встановлюють прилад перед початком випробовувань у наступному порядку.

За допомогою закріпного пристрою нижню частину приладу надійно закріплюють. З верхньої частини приладу знімають направляючий циліндр з траверсою та поршнем. Горизонтальні упорні гвинти, що знаходяться біля основи приладу та фіксуючі нерухомість каретки, загвинчують до упору.

На ріжучу загострену частину гільзи надівають направляючий циліндр та пристосування для переміщення зразків ґрунту до приладу та за допомогою поршня-виштовхувача зразок ґрунту обережно переміщають до приладу. По верхній та нижній площинам зразку ґрунту попередньо прокладають листки фільтрувального паперу.

Вивільнену від ґрунту гільзу знімають, встановлюють на місце верхню частину приладу, щільно прижимають до поверхні ґрунту поршень та закріплюють його гвинтом. У відповідних отворах закріплюють два індикатора: один для виміру деформацій стискання, інший – для деформації зсуву. Індикатори закріпляють в такому положенні, щоб рухомі частини ніжок були висунені на 70-80 % вільного ходу, після чого поворотні шкали індикаторів, встановлюють на нульові поділки. Закріпляють телескопічний важіль для вертикального навантаження та важіль для горизонтального навантаження. Врівноважують телескопічний важіль та відпускають тормозний гвинт поршня.

До зразка прикладають спочатку вертикальне, стискаюче навантаження, а потім горизонтальне, зсувне. Якщо випробовування проводять тільки з метою отримання показників опору зсуву, то задану розрахункову величину вертикального навантаження прикладають до зразку, що випробовується одразу, за один прийом, незалежно від її його величини. Якщо ж при випробовуванні одночасно вивчають компресійні властивості ґрунту, навантажують кроками.

Величину кроку вертикального навантаження (за повної величини тиску, за якого буде виконуватися зсув, не перебільшує 1 ) приймають 0,2.

Кожний крок вертикального навантаження витримують:

• при піщаних зразках ґрунту – не менше 5 хв.;

• при глинястих зразках ґрунту – не менше 30 хв.

Кінцевий ступінь навантаження витримують до умов стабілізації деформації стискання.

За умовну стабілізацію деформації приймають величину стискання, що не перебільшує 0,01 мм;

• для піщаних ґрунтів – за 30 хв.;

• для супісків – за 3 години;

• для суглинків та глин – за 12 годин.

Якщо вертикальне навантаження прикладається все у один прийом, воно втримується до умовної стабілізації деформацій.

Після умов стабілізації вертикальної деформації зразку вигвинчують горизонтальні упорні гвинти каретки та переходять до горизонтального навантаження зразку.

Горизонтальне навантаження прикладають поступово. Величину кроку в 1 стадії, доки загальна величина навантаження не перевищить 0,5-0,6 від кожної граничного навантаження зсуву, приймають 0,2-0,5 , у 2 стадії, коли загальна величина навантаження буде більше 0,5-0,6 від очікуваного граничного навантаження зсуву, приймають 0,05-0,1, в залежності від величини граничного навантаження.

Кожний крок горизонтального навантаження витримують до умовної стабілізації деформацій зсуву. За умовну деформацію приймають швидкість зсуву, що не перевищує 0,01 мм/хв. За зсуваючі приймають навантаження , при якому за показаннями індикатора виділяється різке нарощення деформації зсуву, що не стабілізується.

Рис. 4. Графік залежності між тиском та опором зсуву:

а – для піщаних грунтів; б – для глинистих грунтів.

Маса важеля з підвіскою для горизонтального навантаження у процесі випробовувань ґрунту на зсув утворює додаткове зсуваюче зусилля, рівне 0,11 , яке слід додавати при підрахунку зсуваючого навантаження.

Для кожної точки, що досліджується належить випробувати по три зразка ґрунту при різних вертикальних навантаженнях ( наприклад, при 1,0; 2,0 та 3,0 ).

Основуючись на проведених випробовуваннях розраховують основні параметри зсуву: кут внутрішнього тертя або коефіцієнти внутрішнього тертята щеплення.

Дані цих випробовувань зручно представити у вигляді графіка (рис. 4) залежності між тиском та опором зсуву. На горизонтальній осі відкладають вертикальне навантаження , на вертикальній осі – відповідні їм величини зсуваючих зусиль. Пряма 1-2-3, що проведена через точки, які відповідають результатам паралельно випробуваних зразків ґрунту, являє собою зсуваючі напруження. Кут нахилу цієї прямої до горизонтальної осі утворює кут внутрішнього тертя, величина тангенсу- коефіцієнт внутрішнього тертя, а відрізок, що відокремлюється прямою зсуву на вертикальній осі графіку – величину щеплення.

Розраховують ці характеристики за наступними формулами:

• коефіцієнт внутрішнього тертя:

;

• щеплення:

.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

Тема: Вивчення приладу БУ-39

Призначення: прилад призначений для виміру механічних властивостей гірських порід на зразках неправильної форми безпосередньо в місці оголення порід.

Конструкція: за конструкцією прилад представляє собою механічний циліндр в якому зосереджені два індентори, пересування яких забезпечується за допомогою обертання рукоятки (черв’ячна передача), що забезпечує рух нижньої частини, або вручну, за допомогою гвинта – опускання (піднімання) верхньої частини.

Загальний вигляд приладу зображено на рисунку 6.1.

Рис.6. 1. Загальний вигляд приладу БУ-39

Порядок виконання робіт:

• розвантажуємо систему за допомогою рукоятки або гвинта;

• встановлюємо необхідну відстань між інденторами, звільняючи місце для розміщення зразка;

• розміщуємо зразок між інденторами;

• закриваємо захисні ковпаки;

• проводимо навантаження на зразок знімаючи дані часових індикаторів;

• навантаження проводимо до руйнування зразка;

• знімаємо показники максимальних деформацій зверху та навантаження знизу.

Таких досліджень потрібно провести не менше 5 разів.

Обробка результатів досліду:

При визначенні міцності породи визначається межа міцності на стиснення, а також межа міцності на розрив.

Межа міцності на розрив визначається як сила тиску поділена на площу поверхні:

,

де Р - визначений з діаграми (надана виробником) тиск (рис.6. 2), S - площа утвореної при руйнуванні площі зразка (визначається за допомогою палетки).

Рис.6. 2. Талеровочна крива для визначення тиску

Межа міцності на стиснення визначається:

де N - коефіцієнт що дорівнює для глинистих порід 15, для сланцюватих 16, для монолітних 20-22.

Параметри деформування:

де — показник індикатора в момент руйнування зразка, — довжина зразка.

Модуль деформації: