Определение угла естественного откоса песчаных грунтов

Угол естественного откоса – это максимальный угол, при котором неукрепленный откос сохраняет свое предельное равновесие, или угол, под которым располагается свободно осыпающийся песок.

Рыхлые сыпучие и водонасыщенные пески, кроме пылеватых, имеют угол естественного откоса  , практически равный углу внутреннего трения . В основном   .

Величина угла естественного откоса  используется при производстве земляных работ для назначения безопасных откосов без крепления, в дорожном строительстве при устройстве грунтовых полотен, обваловок и песчано-гравийных насыпей.

В настоящее время в действующих нормативных документах имеется ряд способов определения величины . Данная лабораторная работа выполняется с помощью прибора УВТ-2 (рис.5).

Необходимое оборудование: прибор УВТ-2, совок, шпатель, фарфоровая ступка с резиновым пестиком. Методика определения: 1. Образец грунта довести до воздушно-сухого состояния и методом квартования отобрать пробу массой около 1 кг. 2. Установить стеклянный поддон 5 на ровную поверхность и в его центре поместить мерительный столик 2 с опорами 4 и центральной шкалой 1. На столик надеть коническую обойму 3, которую заполнить отобранным песком с одновременным постукиванием. 3. Взять большим и средними пальцами горловину конической обоймы3, а ука-

Рис. 5. Схематический разрез прибора УВТ-2 для определения угла естественного откоса песков: 1 – центральная шкала; 2 – мерительный столик; 3 – коническая обойма; 4 – опора; 5 – стеклянный поддон

зательным пальцем упереть головку шкалы 1. Осторожно по возможности по вертикали, поднять обойму 3 вверх и снять ее с прибора. По вершине образовавшегося песчаного конуса взять отсчет по шкале в градусах, который дает искомый угол естественного откоса  (при основании). Шкала 1 имеет деления 5…45, каждое из которых соответствует 1.

4. Повторить операции, описанные в пп. 2 и 3 еще два раза. Расхождение между полученными результатами не должны превышать 1. За величину  принять среднее арифметическое значение и занести в журнал. Освободить прибор от грунта и привести в порядок рабочее место.

Аналогичным способом определяется величина угла естественного откоса  песчаных грунтов в водонасышенном состоянии. Для этого стеклянный поддон наполняют водой чуть выше уровня поверхности грунта в конической обойме и выполняют действия, описанные в пп. 2 – 4. Пески в водонасыщенном состоянии имеют угол естественного откоса  обычно на 2…3 меньше, чем в сухом состоянии.

Лабораторная работа № 8

Определение характеристик сжимаемости грунтов

Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их cжимаемость. Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов, гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки. На скорость сжимаемости (стабилизацию осадки) также влияют мощность сжимаемой толщи, влажность грунта, величина коэффициента фильтрации. Стабилизация осадки в песчаных грунтах протекает в относительно короткий период – от нескольких суток до нескольких недель, а в пылевато-глинистых грунтах – от нескольких месяцев до десятков лет.

Характеристиками сжимаемости являются: коэффициент сжимаемости а₀ , МПа^-1; коэффициент относительной сжимаемости а_V, МПа ^-1; модуль общей деформации Е₀ , МПа, и структурная прочность грунта Р_стр , МПа.

Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента. Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности. Для оценки сжимаемости грунта строят график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления, получают так называемую компрессионную кривую (рис. 6).

Компрессионная зависимость состоит из 2-х ветвей: кривой уплотнения и кривой набухания. Кривая набухания получается при разгрузке первоначально сжатого образца. В этом случае будет происходить увеличение объема и пористости образца. Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует упругие деформации, а разность между

Рис. 6. Компрессионная кривая

первоначальным объемом и объемом образца после разгрузки –остаточные деформации.

Рекомендуемый Нормами [14] расчет осадки фундаментов основывается на применении закона Гука, поэтому во многих случаях, в пределах небольших изменений давлений, компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой (хорде) АВ. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует сжимаемость грунта и называется коэффициентом сжимаемости а₀.

Коэффициент сжимаемости а₀ есть отношение изменения коэффициента пористости к разности давлений, описываемое формулой

, ( 18 )

где е₁ - значение коэффициента пористости при давлении p₁; е₂ - значение коэффициента пористости при давлении p₂.

Коэффициентом относительной сжимаемости называется относительная деформация, приходящаяся на единицу давления, которая определяется по формуле

, ( 19 )

где S_i - деформация (осадка) образца грунта при изменении давления от 0 до p_i по компрессионной кривой, мм; h - первоначальная высота образца грунта, мм; е₀ - начальное значение коэффициента пористости.

Кроме коэффициентов сжимаемости, по результатам компрессионных испытаний может быть определен модуль общей деформации грунта E₀, МПа, по следующей формуле:

, ( 20 )

где  - поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе (функция коэффициента Пуассона).

Модулем общих деформаций называется коэффициент пропорциональности между относительной деформацией и вертикальным давлением. Модуль общей деформации используется при расчете осадок фундаментов.